Математика
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xm+1 |
= t1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= tn−m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
x |
|
= |
1 |
|
|
(− a |
x |
|
− ...a |
x |
|
)= |
|
1 |
|
(− a |
t |
− ...a |
t |
|
|
) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
m+1 |
n |
|
|
n−m |
|||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
a11 |
1,m+1 |
|
|
1,n |
|
|
|
a11 |
|
1,m+1 1 |
1,n |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
x |
|
|
= |
1 |
|
|
|
(− a |
|
x |
|
− ...a |
|
x |
|
)= |
|
1 |
|
|
(− a |
t |
− ...a |
|
t |
|
|
) |
||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2,m+1 |
m+1 |
2,n |
n |
|
|
|
n−m |
||||||||||||||||
|
|
|
|
a22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
a22 |
|
|
2,m+1 1 |
|
2,n |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
(− am,m+1 xm+1 |
− ...am,n xn )= |
|
|
|
(− am,m+1t1 − ...am,ntn−m ) |
|||||||||||||||||||
xm |
|
a22 |
amm |
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Данная запись является параметрическим решением системы.
Придавая различные значения параметрам t1, t2, …, tn-m получим всевозможные решения системы.
Так как количество параметров – n-m, размерность решения системы уравнений равна n-m.
Введем вектор - строку параметров T=(t1, t2, …, tn-m).
Рассмотрим систему вектор -строк:
e1=(1, 0, 0, …, 0, 0),
e2=(0, 1, 0, …, 0, 0),
…
en-m=(0, 0, 0, …, 0, 1)
размерности n-m. Их количество n-m, и они линейно независимы.
Любой вектор T может быть представлен линейной комбинацией векторов e1, e2, …, en-m.
Запишем решения X1, X2, …, Xn-m системы соответствующие векторам e1, e2, …,
en-m
31
|
|
|
− |
a |
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
a |
|
|
|
||
|
|
|
1,m+1 |
|
|
|
|
|
|
1,m+ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
1,n |
|
|
|||||||||
|
|
a |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
a |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
||||||
|
|
|
− |
a2,m+1 |
|
|
|
|
|
− |
|
a2,m+ 2 |
|
|
|
|
|
− |
|
a2,n |
|||||||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
am,m+ 2 |
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
= |
|
|
am,m+1 , |
|
= |
|
|
, …, |
|
|
|
am,n . |
||||||||||||||||
|
1 |
− |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
− |
|
|
|
|
|
|
|
n− m |
− |
|
|
|
|
|
||||
|
|
a |
mm |
|
|
|
|
a |
mm |
|
|
|
a |
mm |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Набор решений X1, X2, …, Xn-m однородной системы уравнений называется
фундаментальной системой решений линейной системы уравнений
Теорема 1. (о решении однородной системы уравнений): Любое решение однородной линейной системы уравнений может быть представлено в виде линейной комбинацией векторов фундаментальной системы решений:
Xоднород=C1X1+C2X2+…+Cn-mXn-m.
Вернемся к решению неоднородной системы уравнений. По аналогии запишем ее параметрическое решение.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
= b |
+ |
|
1 |
|
(− a |
x |
|
||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
m+1 |
||||||||
|
|
1 |
1 |
|
|
a11 |
1,m+1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
x |
|
= b |
+ |
|
1 |
(− a |
|
x |
|
|
|
2 |
|
|
2,m+1 |
m+1 |
||||||
|
2 |
|
a22 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= bm + |
1 |
(− am,m+1 xm+1 |
|
|||
xm |
a22 |
||
|
|
|
xm+1 = t1
...
xn |
= tn− m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
− ...a |
x |
|
)= b |
+ |
1 |
|
(− a |
|
|
t |
|
|
− ...a |
t |
|
|
|
) |
|
|
||||||||
n |
|
|
|
|
|
1 |
|
n− m |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
1,n |
|
1 |
|
a11 |
|
|
1,m+1 |
|
|
|
|
1,n |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
)= b |
|
|
(− a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|
||||
− ...a |
|
x |
|
+ |
1 |
|
|
|
|
|
t |
|
|
− ...a |
|
|
t |
|
|
|
|
|||||||
2,n |
n |
|
|
|
|
2,m+1 |
1 |
|
|
n− m |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
a22 |
|
|
|
|
|
|
2,n |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
)= b |
|
1 |
|
|
(− a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) |
|||||
− ...a |
|
|
x |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
t |
|
− ...a |
|
|
t |
|
|
|
||||||||
m,n |
n |
|
|
|
|
|
m,m+1 |
1 |
|
|
n− m |
|||||||||||||||||
|
|
m |
|
|
amm |
|
|
|
|
m,n |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Положим все параметры равные нулю и получим частное решение системы независящее от параметров Xчастн=(b1, b2, …, bm, 0, …, 0).
32
Теорема 2.(о решении неоднородной системы уравнений): Любое решение неоднородной линейной системы уравнений может быть представлено в виде суммы линейной комбинации векторов фундаментальной системы решений и частного решения системы: X= Xчастн+C1X1+C2X2+…+Cn-mXn-m.
Ввекторном виде решение системы линейных уравнений может быть записано
ввиде:
x1
x2
...
X= xm
x +
m 1
xm+2
...
xn
|
|
|
|
b1 |
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
2 |
|
... |
|
|
|
|
bm
0
0
...
=
0
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|||
|
|
− |
|
|
1,m+1 |
|
|
|
− |
|
1,m+2 |
|
|
|
− |
|
|
1,n |
|
|
||||||
|
a |
|
a |
|
|
a |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
11 |
|
|||||||
|
|
− |
|
a2,m+1 |
|
|
|
− |
a2,m+2 |
|
|
|
− |
|
a2,n |
|||||||||||
|
|
|
a |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
... |
|
|
... |
|
|
|
|
... |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
a |
m,m+1 |
|
|
|
|
|
a |
m,m+2 |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
||||||
+С1 − |
|
|
|
+С2 − |
|
|
|
|
+…+Сn-m − |
|
|
m,n |
. |
|||||||||||||
|
|
|
|
a |
mm |
|
|
|
|
|
a |
mm |
|
|
|
|
|
a |
mm |
|
|
|||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
... |
|
|
... |
|
|
|
|
... |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
§ 2. Экономическое приложение систем уравнений
Пример 1. Предположим, что некоторое предприятие выпускает три вида продукции, при этом, используя сырье трех видов. Необходимые характеристики производства указаны в таблице 1. Требуется определить объем выпуска продукции каждого вида при заданных запасах сырья. Задачи такого рода типичны при прогнозах и оценках функционирования предприятий, экспертных оценках проектов освоения месторождения полезных ископаемых, а также в планировании микроэкономики предприятий.
Таблица 1
|
Расход сырья по видам продукции, вес. |
Запас |
||
Вид сырья |
ед./изд. |
|
|
сырья, вес. |
|
1 |
2 |
3 |
ед. |
1 |
6 |
4 |
5 |
2400 |
2 |
4 |
3 |
1 |
1450 |
3 |
5 |
2 |
3 |
1550 |
33
Решение. Обозначим неизвестные объемы выпуска продукции через x1 , x2 и x3 . Тогда, при условии полного расхода запасов каждого вида сырья можно записать балансовое соотношение, которое образует систему трех уравнений с тремя неизвестными
6x |
+ 4x |
|
|
+ 5x |
|
= 2400, |
||
|
1 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
4x1 + 3x2 |
+ x3 |
= 1450, |
||||||
|
5x |
+ 2x |
2 |
+3x |
3 |
= 1550. |
||
|
1 |
|
|
|
|
|||
Решая эту систему уравнений любым способом, находим, что при заданных запасах сырья объемы выпуска продукции составляют по каждому виду соответствие (в условных единицах):
x1 = 150, x2 = 250, x3 = 100.
Пример 2. На предприятие с работниками четырех категорий привезли заработную плату в купюрах следующего достоинства: по 100 рублей – 1850 купюр, по 50 рублей – 230 купюр, по 10 рублей – 250 купюр, по 1 рублю – 740 купюр. Заработная плата работника первой категории составляет 962 рубля, второй категории – 713 рублей, третьей категории – 452 рубля, четвертой категории – 261 рубль. Определить, сколько сотрудников каждой категории работает на предприятии, если каждому сотруднику выдали заработную плату минимальным числом купюр.
Решение. Условие об оплате минимальным числом купюр является основным в определении количества купюр разного достоинства, выданных сотрудникам разных категорий. Исходя из величины заработной платы по категориям, однозначно определяем таблицу распределения купюр.
Пусть x1 , x2 , x3 , x4 - количество работников каждой категории соответственно.
Тогда по данным таблицы 2 составляем уравнения “баланса”, которые образуют систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными:
9x1 |
+ 7x2 + 4x3 + x4 = 1850, |
||||
|
|
x1 |
+ x3 |
+ x4 |
= 230, |
|
|
x1 |
+ x2 |
+ x4 |
= 250, |
|
|
||||
|
2x1 |
+ 3x2 + 2x3 |
+ x4 = 740. |
||
|
|||||
Эту систему удобно решать методом Гаусса, для чего выпишем расширенную матрицу системы, предварительно переместив для удобства первое уравнение на последнее место. Прямой ход метода последовательно меняет вид матрицы.
|
1 |
0 |
1 |
1 |
230 |
|
|
1 |
0 |
1 |
1 |
230 |
|
|
|
|
1 |
0 |
1 |
250 |
|
|
|
1 |
− 1 |
0 |
20 |
|
|
1 |
|
0 |
|
|
||||||||||
|
2 |
3 |
2 |
1 |
740 |
|
→ |
0 |
3 |
0 |
− 1 |
280 |
|
→ |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
7 |
4 |
2 |
|
|
|
|
7 |
− 5 |
− 7 |
|
|
|
9 |
1850 |
0 |
− 220 |
|
||||||||||
34
|
1 |
0 |
1 |
1 |
230 |
|
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
230 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 1 0 |
|
|||||
|
|
− 1 0 |
|
0 1 |
20 |
|
|||||||||
0 1 |
20 |
||||||||||||||
→ |
0 |
0 |
2 |
− 7 |
− 360 |
|
→ |
0 |
0 |
2 |
− 7 |
− 360 |
|
||
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
||||||
|
|
0 |
3 |
− 1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
|
|
|
760 |
||
0 |
220 |
2 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Таблица 2
Достоинство |
Распределение купюр по категориям |
Общее |
|||
купюры, |
1 |
2 |
3 |
4 |
кол-во |
руб. |
|
|
|
|
купюр |
100 |
9 |
7 |
4 |
2 |
1850 |
50 |
1 |
- |
1 |
1 |
230 |
10 |
1 |
1 |
- |
1 |
250 |
1 |
2 |
3 |
2 |
1 |
740 |
Третий переход состоял в перемене мест третьей и четвертой строк. Полученная в цепочке прямого хода расширенная матрица соответствует системе уравнений, эквивалентной исходной системе:
x1 |
+ x3 + x4 = 230, |
||||
|
|
x2 − x3 |
= 20, |
||
|
2x3 − 7x4 |
= −360, |
|||
|
|
19 |
x4 = 760. |
||
|
|
||||
|
|
|
|||
|
2 |
||||
|
|
||||
Обратным ходом метода получаем последовательно неизвестные:
x4 = 80, x3 = 100 , x2 = 120, x1 = 50.
35
Лекция 7
ЭЛЕМЕНТЫ ВЕКТОРНОЙ АЛГЕБРЫ
§ 1. ПОНЯТИЕ ВЕКТОРА
Различают величины скалярные и векторные. Величина, которая полностью характеризуется одним числовым значением, выражающим отношение этой величины к соответствующей единице измерения, называется скалярной величиной или скаляром. Таковы, например, масса тела, температура среды и т.п.
Величина, которая кроме числового значения характеризуется еще и н а - правлением, называется векторной величиной или вектором. К числу их относятся сила, перемещение, скорость. Вектор определяется числом и направлением.
Векторы будем обозначать a или a. Геометрически вектор изображается направленным отрезком пространства (рис.1); при этом используется обозначение a = AB , где А — начальная точка отрезка, а точка В — концевая. В дальнейшем, векторы будем рассматривать как направленные отрезки.
Под модулем (длиной) вектора a a = a
понимается его численное значение, |
|
a |
|
||||
без учета направления. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Вектор |
0 |
, модуль |
|
|
|
|
|
которого равен нулю, называется |
|
Рис.1 |
|
||||
нулевым |
или |
нуль-вектором. |
Направление |
нулевого |
вектора |
||
произвольно. |
|
|
|
|
|
||
Два вектора a и b считаются равными, если они расположены на параллельных или совпадающих прямых, имеют одинаковую длину и одинаково направлены. Мы условимся не различать равные векторы и, таким образом, приходим к понятию свободного вектора. Иными словами, свободный вектор допускает перенос его в любую точку пространства, при условии сохранения длины и направления. В частности, для свободных векторов всегда можно обеспечить общую начальную точку их.
§ 2. ДЕЙСТВИЯ НАД ВЕКТОРАМИ Сумма векторов
Суммой нескольких векторов, например, a, b, c, d называется вектор s = a + b + c + d ,
по величине и направлению равный замыкающей пространственной ломаной линии, построенной на данных векторах.
Для случая двух векторов a и b (рис.2) их суммой s является диагональ
36
параллелограмма, построенного на этих векторах, исходящая из общей точки их приложения (правило параллелограмма).
Так как в любом треугольнике длина одной стороны не превышает суммы длин двух других сторон, то из рис. 2 имеем
a + b ≤ a + b
т.е. модуль суммы двух векторов не превышает суммы модулей этих векторов. Для случая трех векторов a, b, c, (рис.3) их суммой s является диагональ ОМ
параллелепипеда, построенного на этих векторах (правило параллелепипеда).
Рис.2 |
Рис.3 |
Легко проверить, что для векторного сложения справедливы следующие свойства:
1) переместительное свойство:
a + b = b + a ,
т. е. векторная сумма не зависит от порядка слагаемых; 2) сочетательное свойство:
a + (b + c)= (a + b)+ c = a + b + c ,
т. е. сумма трех (и большего числа) векторов не зависит от порядка расстановки скобок.
Рис.4
Для каждого вектора a = OA (рис.4) существует противоположный вектор − a = OA′ , имеющий ту же длину, но противоположное направление. По правилу параллелограмма имеем a + (− a)= 0 , где 0 - нуль-вектор. Легко проверить,
что a + 0 = a .
Разность векторов
Под разностью векторов a и b (рис.5) будем понимать вектор
37
|
= |
|
− |
|
, такой |
|
|
|
+ |
|
= |
|
. |
|
|
|
|
d |
a |
b |
что |
b |
d |
a |
|||||||||||
|
Отметим, что |
|
параллелограмме, построенном на данных векторах |
|
и |
|
|
||||||||||
|
в |
a |
b |
||||||||||||||
(рис.2), их разностью является соответственно направленная вторая диагональ параллелограмма.
Рис.5
Легко проверить, что справедливо следующее правило вычитания: a − b = a + (− b)
Умножение вектора на скаляр.
Определение. Произведением вектора |
a на скаляр k (рис.6) |
||||
называется вектор, имеющий длину |
b = |
|
k |
|
a , направление, которого: |
|
|
||||
1)совпадает с направлением вектора a , если k > 0;
2)противоположно ему, если k < 0;
3)произвольно, если k = 0.
Рис.6
Нетрудно убедиться, что данная векторная операция обладает следующими свойствами:
1)(k + l)a = ka + la,
2)k(a + b)= ka + kb,
3)k(la)= (kl)a
4) 1* a = a, (− 1)a = −a, 0* a = 0 ,
(k, l - скаляры).
Пример 1. (a + 2b)− (3a − b)= −2a + 3b
Если ненулевой вектор a разделить на его длину a = a , то мы получим
единичный вектор e , так называемый орт, того же направления: e = a / a Отсюда имеем стандартную формулу вектора: a = ae.
38
§ 3. ВЗАИМНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ВЕКТОРОВ
Определение. Два вектора a и b называются коллинеарными, если они расположены или на параллельных прямых, или же на одной и той же прямой.
Так как направление нулевого вектора произвольно, то можно считать, что
нулевой вектор коллинеарен любому вектору. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Справедлива Теорема 1. Два ненулевых вектор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
a |
и |
b коллинеарны |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
тогда и только тогда, когда они пропорциональны, т. е. |
|
= k |
|
|
, где |
k |
— |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
b |
a |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
скаляр. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Доказательство. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
( а ≠ 0, в ≠ 0 |
) коллинеарны |
и |
|
, |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
1) Пусть векторы |
a |
|
b |
e |
e′ — их орты. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
a |
= ae |
и b = be′ , |
|
|
|
|
|
где |
e′ = ±e . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
направления, а |
|||||||||||||||||||||||||||||||
Знак плюс соответствует векторам a |
|
и b одинакового |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
знак минус — векторам |
a |
|
|
|
|
|
и |
|
|
b |
|
противоположного |
|
|
|
|
|
направления. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тогда получаем, что |
|
|
|
|
= ±b / a(a |
|
)= ±(b / a) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
b |
= ±be |
e |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Отсюда вытекает формула |
|
= k |
|
|
|
где k = ±b / a . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
b |
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2) Если выполнено равенство, то коллинеарность |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
векторов |
a |
и b |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
непосредственно следует из смысла умножения вектора на скаляр. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Определение. Три |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
комплапарными, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
вектора |
|
a |
, |
b |
|
и c называются |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
если они параллельны некоторой плоскости или лежат в ней. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тогда можно сказать также, что векторы a, b и c компланарны тогда и только тогда, когда после приведения их к общему началу они лежат в одной плоскости.
По смыслу определения тройка векторов, среди которых имеется хотя бы один нулевой вектор, компланарна.
Теорема 2. Три ненулевых вектора a, b и c компланарны тогда и только тогда, когда один из векторов является линейной комбинацией других, т. е., например c = ka + lb .
Доказательство. 1) Пусть векторы a, b и c компланарны, расположены в плоскости Р (рис.7) и имеют общую точку приложения О.
Предположим сначала, что эти векторы не все
попарно коллинеарны, например, векторы a и b неколлинеарны. Тогда, производя разложение вектора
c в сумму векторов ca |
и |
|
|
cb коллинеарных, |
||||||||||||
соответственно, векторам |
|
|
|
|
|
, будем иметь, |
||||||||||
a |
и |
b |
||||||||||||||
|
|
= |
|
a + |
|
= k |
|
|
|
|
|
|
|
|||
c |
c |
cb |
a |
+ lb |
где k |
и |
l |
— соответствующие |
||||||||
скаляры. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Рис.7
39
Если же векторы a, b, c попарно коллинеарны, то можно написать
c = ka = ka + 0b ,
и таким образом, снова вы полнено условие теоремы.
2) Обратно, если для векторов a = OA, b = OB и c = OC (рис. 7) выполнено условие теоремы, то, на основании смысла соответствующих векторных операций, вектор c расположен в плоскости, содержащей векторы a и b , т. е. эти векторы компланарны.
40
