Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
МД-102 / Subj / 1062-Математика.pdf
Скачиваний:
67
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
377.19 Кб
Скачать

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 +3аb = 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