- •Общие указания
- •Тема 1. Действия с матрицами
- •Тема 2. Системы линейных алгебраических уравнений
- •Дана неоднородная линейная система из 3-х уравнений с 4-мя неизвестными (m=3, n=4). Выпишем матрицы системы линейных уравнений:
- •1) определим, совместна или нет система.
- •Вычислим для этого ранги расширенной и основной матриц системы: Rang(A,B) и RangA. привели матрицу (A,B) к матрице (A' ,B'), имеющую ступенчатую форму:
- •Rang(A', B') = Rang(A,B)= RangA= 2. Следовательно, система совместна.
- •2) Т.к. Rang A< n (n = 4), то система имеет бесконечное множество решений. Найдем все решения системы. Для этого перейдем к следующей эквивалентной системе, используя коэффициенты уравнений расширенной матрицы ступенчатового вида (A', B').
- •Тогда х3 и х4- свободные неизвестные и можно считать х3 = а , х4 = b, где a и b – произвольные числа.
- •Замечание: после решения системы линейных уравнений необходимо сделать проверку. Проверка делается подстановкой в исходную систему линейных уравнений общее решение системы.
- •Ответ:
- •Тема 3. Скалярное произведение векторов
- •Тема 4. Уравнения прямой на плоскости
- •Список литературы
- •Приложение 1
- •Индивидуальные задачи
- •Тема 1. Действия с матрицами
- •Тема 2. Системы линейных алгебраических уравнений
- •Тема 3. Скалярное произведение векторов
- •Тема 4. Уравнения прямой на плоскости
- •Приложение 2
1 |
2 |
3 |
−1 |
4 |
|
1 2 3 |
−1 |
4 |
|||
|
0 |
−5 |
−4 |
3 |
−5 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
0 −5 − 4 |
3 |
|
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
−5 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Привели матрицу (A,B) к матрице (A' ,B' ), имеющую ступенчатую форму |
|||||||||||
′ ′ |
1 |
2 |
3 |
−1 |
|
4 |
|
|
|
|
|
(A , B ) |
= |
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
−5 |
− 4 |
3 |
|
−5 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||
Rang(A', B') = Rang(A,B)= RangA= 2. Следовательно, система совместна.
2) Т.к. Rang A< n (n = 4), то система имеет бесконечное множество решений. Найдем все решения системы. Для этого перейдем к следующей эквивалентной системе, используя коэффициенты уравнений расширенной матрицы ступенчатового вида (A', B').
x |
+2x |
2 |
+3х |
|
− x |
4 |
= 4, |
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
−5x2 −4х3 +3x4 = −5. |
|
|
|
|
|
|||||||
Пусть х1 |
и х2 |
- основные (базисные) неизвестные: |
|
1 |
2 |
|
= −5 ≠ 0 . |
|||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
−5 |
|
|
Тогда х3 и х4- свободные неизвестные и можно считать х3 = а , х4 = b, где a и b – произвольные числа.
Решая эту систему из 2-х уравнений с 2-мя неизвестными х1 и х2 , найдем их:
x1 +2x2 +3а−b = 4,−5x2 −4a +3b = −5.
Из последнего уравнения имеем: −5x |
2 |
= 4a −3b −5 |
x = −4 a + 3 b +1 |
||
|
|
2 |
5 |
5 |
|
|
|
|
|
||
Тогда из первого уравнения найдем:
x1 = −2(− 54 a + 53 b +1) −3а +b + 4 = 2 − 75 a − 15 b
Тогда общее решение системы имеет вид: x |
= 2 − 7 a − |
1 b ; x |
2 |
= − 4 a + |
3 b +1 |
; x = a, |
x |
4 |
=b |
1 |
5 |
5 |
5 |
5 |
3 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
3) найдем базисное решение СЛУ из общего решения:
Базисным решением называется частное решение, получающееся из общего при нулевых значениях всех свободных переменных.
Пусть x3 = 0, x4 = 0 тогда x1 = 2 x2 =1. Базисное решение имеет вид (2; 1; 0; 0).
4) найдем частное решение системы из общего решения:
Например, а=1, b = 1, тогда имеем
x = 2 |
x |
2 |
= 4 |
x =1, x |
4 |
=1 |
|
1 |
5 |
|
5 |
3 |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Замечание: после решения системы линейных уравнений необходимо сделать проверку. Проверка делается подстановкой в исходную систему линейных уравнений общее решение системы.
Ответ:
|
|
2 − |
|
7 |
a − |
1 |
b |
|
|
||||
|
|
|
5 |
5 |
|
|
|||||||
|
|
|
4 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|||
− |
общее решение |
− |
a + |
b +1 |
; |
||||||||
5 |
5 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
− |
|
2 |
; |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||
частное решение |
5 |
5 |
;1;1 ; |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
− базисное решение (2; 1; 0; 0).
Тема 3. Скалярное произведение векторов
Длина вектора a = (x , y , z )в декартовых координатах: |
|
a |
|
|
|
|
|
||
|
|
= |
x2 |
+ y2 |
+ z2 |
||||
|
|
||||||||
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
Линейные операции над векторами в координатной форме
Если
a = (x1, y1, z1 ) и b = (x2 , y2 , z2 )
Тогда
a ±b = (x1 ± x2 ; y1 ± y2 ; z1 ± z2 )
λa = (λx1;λy1;λz1 )
Направление вектора определяется углами α, β, γ, образованными с осями координат Ox, Oy, Oz. Косинусы этих углов определяются по формулам:
cosα = xa1 cos β = ya1 cosγ = za1
Опр. Скалярным произведением двух векторов a и b |
называется число, обозначаемое a b |
||||||||
и равноеa b = |
|
a |
|
|
|
b |
|
cos(a,b) . |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если a = (x1, y1, z1 ), b = (x2 , y2 , z2 )
a b = x1x2 + y1 y2 + z1z2
cos(a,b) = a b a b
Опр. Проекцией или скалярной проекцией вектора a на вектор b называется число,
равное прb a = a b b
Опр. Векторным произведением двух векторов a и b называется такой третий вектор с
, который удовлетворяет следующим трем условиям:
1)c a и c b
2)с = a b sin(a,b)
3)векторыa, b, c образуют правую тройку.
Обозначения: c = a ×b |
или c =[a,b]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Геометрический смысл: 2Sтреуг. = Sпараллелогр. = |
|
a ×b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Запись векторного произведения в координатах. Еслиa = (x , y , z |
1 |
) иb = (x |
2 |
, y |
2 |
, z |
2 |
), то |
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
||||||||
c = a ×b = |
|
i |
j |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
x1 |
y1 |
z1 |
(псевдоопределитель). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
x2 |
y2 |
z2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача 3. Даны векторы a = (15;−6;−5) b = (20; 3;16). Найти:
1)a (b −a);
2)a ;
3)cos a, с , если c = 2a +b ;
4)cos β для a ;
5)a +b ;
6)прb a .
Решение
1) вычислим a (b −a).
Разность двух векторовопределяется по формуле: a −b = (x1 − x2 ; y1 − y2 ; z1 − z2 ).
Тогда b −a = (20 −15; 3 −(−6);16 −(−5))= (5; 9; 21). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Скалярным произведением двух векторов a |
и b называется число, обозначаемое a b и |
||||||||||||||||||
равное a b = |
|
a |
|
|
|
b |
|
cos(a,b) . Если |
a = (x , y , z |
1 |
), |
b = (x |
2 |
, y |
2 |
, z |
2 |
), то с калярное произведение |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
двух векторов определяется по формуле: a b = x1x2 + y1 y2 + z1z2 .
Тогда a (b −a)=15 5 +(−6) 9 +(−5) 21 = −84.
2) вычислим a .
Длина вектора a = (x , y , z )в прямоугольных декартовых координатах вычисляется по |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
формуле: |
= x2 |
+ y2 |
+ z2 |
. Тогда |
|
a |
= 152 +(−6)2 +(−5)2 = |
225 +36 +25 |
= |
286 |
. |
|||||
|
|
1 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3)вычислим cos a, с , если c = 2a +b .
|
|
Вектор c = 2a +b = 2(15;−6;−5)+(20; 3;16)= (50;−9; 6). |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a c |
= |
|
|
x x + y y + z z |
2 |
2 вычислим |
|||||||||||||||||||
|
|
По формуле cos a, с |
= |
|
|
2 |
1 |
2 |
|
2 |
|
2 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x1 + y1 + z1 |
|
x3 + y3 + z3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
15 50 + (−6) |
(−9) + |
(−5) 6 |
|
|
|
|
|
|
|
750 +54 −30 |
|
|
774 |
|
|
||||||||||||||||||
cos a, с = |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
= |
|
|
. |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
15 |
2 |
+ (−6) |
2 |
+ (−5) |
2 |
50 |
2 |
+ (−9) |
2 |
+ |
6 |
2 |
|
|
286 |
2617 |
748462 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
