Добавил:
СПбГУТ * ИКСС * Программная инженерия Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Ведина О. И., Рабкин Е. Л. Линейная алгебра для экономистов. Практикум.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
17.06.2020
Размер:
1.88 Mб
Скачать

 

Пример 10. Найти косинус угла между векторами p 2a 3b ,

q 2a b ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

если

 

a

1,

b

 

 

 

 

 

0,3 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 , cos a,b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1 4 0,3 1, 2 .

 

Решение. aa

 

2

 

1 , bb

 

16

, ab

 

 

 

 

a

 

b

 

a

 

b

cos a,b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pq 2a 3b 2a b 4aa 4ab 3bb 4 1 4 1, 2 3 16 48,8 ,

pp2a 3b 2a 3b 4aa 12ab 9bb 4 1 12 1, 2 9 16 133,6 , qq 2a b 2a b 4aa 4ab bb 4 1 4 1, 2 16 24,8 ,

 

 

 

pq

 

48,8

 

 

0,84779 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

cos p, q =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

q

 

133,6

24,8

 

 

4.3. Векторное произведение векторов

Векторным произведением двух векторов а, b называется новый вектор,

обозначаемый c a b

или c a, b и удовлетворяющий следующим трем

условиям: c a, c b; тройка векторов a, b,

c – правая;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

a

 

 

 

b

 

sin a, b .

(7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Векторное произведение векторов а, b, заданных своими координатами, равно

i j k

c a b ax

ay

az .

(8)

bx

by

bz

 

Модуль векторного произведения c a b равен площади параллело-

грамма, построенного на векторах а, b как на ребрах, когда их начала совмещены (рис. 9)

Sпар.

 

c

 

 

 

a b

 

.

(9)

 

 

 

 

Из формулы (9) следует, что если начала векторов а, b совмещены, то площадь треугольника (рис. 10), построенного на векторах а, b, как на ребрах, равна

 

 

S

1

 

c

 

 

1

 

 

a b

 

.

(10)

 

 

 

 

 

 

2

2

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sпар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

Рис. 9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 10

49

Пример 11. Найти площадь параллелограмма и площадь треугольника, построенных на векторах a 2, 0, 1 , b 0, 1, 2 .

Решение. По формуле (8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

j

k

 

 

i

 

j

k

 

 

раскладываем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по первой строке

 

c a b

ax

 

ay

az

 

2

 

 

0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

bx

 

by

bz

 

 

0

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

i

 

2 1

 

j

 

2

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k i 4 j 2k ,

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

2

 

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

a b

 

1 16 4

 

21.

 

 

 

 

 

 

По формулам (9) и (10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

c

 

 

1

 

 

a b

 

 

 

21

.

S

пар.

 

 

c

 

 

 

a b

 

21 ,

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4. Смешанное произведение векторов

Смешанным произведением трех векторов а, b, c называется число, обозначаемое аbc и равное a b c , т. е. равное скалярному произведению

вектора с на векторное произведение векторов а, b.

Смешанное произведение векторов а, b, c, заданных своими координатами, равно

 

 

 

 

 

 

 

 

ax

ay

az

 

 

 

 

 

 

 

 

 

abc

bx

by

bz

.

(11)

 

 

 

 

 

 

 

 

cx

cy

cz

 

 

Пример 12. Вычислить смешанное произведение векторов a 2, 1, 1 ,

b 1, 1,

2 , с 2, 1, 0 , заданных своими координатами.

 

Решение. По формуле (11)

 

 

 

 

 

 

 

 

ax

ay

az

 

 

1

1

 

по правилу

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сарюса

 

 

 

 

abc

bx

by

bz

 

1

1

2

 

 

 

0 4 1 2 4 0 3.

 

 

 

cx

cy

cz

 

2

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Абсолютная величина смешанного произведения векторов а, b, c равна объему параллелепипеда, построенного на перемножаемых векторах, как на ребрах, если начала векторов а, b, c совмещены (рис. 11)

Vпар-да.

 

abc

 

.

(12)

 

 

Из этого следует, что объем тетраэдра, построенного на перемножаемых векторах, как на ребрах, если начала векторов а, b, c совмещены (рис. 12), равен

50

V

 

1

 

abc

 

(13)

 

 

 

тетр.

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

c

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 12

Пример 13. Вычислить объем параллелепипеда и объем тетраэдра, по-

строенных на векторах a 2, 0, 1 , b 1,

 

0, 0 ,

с 2, 1, 0 как на ребрах.

Решение. По формуле (11)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax

ay

 

az

 

 

 

 

 

 

0

 

1

 

по правилу

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сарюса

 

abc

bx

by

 

bz

 

 

 

1

0

0

 

 

 

 

1.

 

cx

cy

 

cz

 

 

 

2

1

0

 

 

 

 

 

По формулам (12) и (13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vпар-да.

 

abc

 

 

 

 

1

 

 

 

1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

1

 

abc

 

 

1

 

 

1

 

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тетр.

6

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Три вектора называются компланарными, если они параллельны одной плоскости.

Признак компланарности трех векторов. Три вектора компланарны тогда и только тогда, когда их смешанное произведение равно нулю.

Пример 14. Даны четыре вектора a 2, 0, 1 , b 1, 0, 0 , c 2, 1, 0 ,

d 0, 1,

0 . Определить компланарны ли векторы а, b, c и векторы а, b, d.

Решение. По формуле (11)

 

 

 

 

 

 

 

 

ax

ay

az

 

 

3

1

 

 

 

 

2

 

 

abc

bx

by

bz

 

1

0

0

1 0,

 

 

cx

cy

cz

 

2

1

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ax

ay

az

 

3

1

 

 

 

 

2

 

acd

cx

cy

cz

 

1

0

0

 

0.

 

dx

d y

dz

 

1

9

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По признаку компланарности векторы а, b, c не компланарны, а векторы а, b, d компланарны.

51