- •ВВЕДЕНИЕ
- •1.2. Операции над матрицами
- •1.3. Определители и их вычисление
- •1.5. Обратная матрица
- •1.6. Ранг матрицы и способы его вычисления
- •2. ЛИНЕЙНЫЕ ПРОСТРАНСТВА
- •3.1. Основные определения
- •3.2. Матричный способ решения СЛАУ
- •3.3. Решение СЛАУ по формулам Крамера
- •3.4. Основные теоремы об общем решении СЛАУ
- •3.5. Метод Жордана – Гаусса решения стандартной СЛАУ
- •4. ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА
- •4.1. Линейные операции над векторами
- •4.2. Скалярное произведение векторов
- •4.3. Векторное произведение векторов
- •4.4. Смешанное произведение векторов
- •5. ЭЛЕМЕНТЫ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГЕОМЕТРИИ
- •5.1. Метод координат
- •5.2. Прямая на плоскости
- •5.3. Плоскость
- •5.4. Прямая в пространстве
- •6. КОМПЛЕКСНЫЕ ЧИСЛА
- •7. АЛГЕБРА МНОГОЧЛЕНОВ
- •ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
|
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