Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пензенский Государственный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

умк_Вакульчик_Элементы векторной алгебры

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

18.05.2015

Размер:

4.76 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 228 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 > Следующая >>>

Равнодействующая трех сил в векторной форме:

Тогда,

из

геометрического

свойства

скалярного

произведения

следует, что

(

2 +

2 + 2

+ 2

3 =

2 +

2 + 2

× cos 60° + 2

× cos a .

Вслучае, когда a = 120°, R = 9 + 4 + 4 + 6 + 6 + (-4) = 25 (ед.).

Вслучае, когда a = 0°, R = 9 + 4 + 4 + 6 + 6 + 8 = 37 (ед.).

Ответ: a = 120°, R =5; a = 0°, R = 37 .

4. Выполнение своего варианта на уровне II (по два человека на один вариант).

Уровень II

Вариант 1

1. Определить работу силы F , ½ F ½=15Н, которая, действуя на те- ло, вызывает его перемещение на 4 м под углом p/3 к направлению дейст- вия силы.

Ответ: 30Дж. 2. Вычислите длины диагоналей параллелограмма, построенного на векторах a =2 m + n и b = m - 2n , где m и n – единичные векторы, угол

между которыми 60°.

Ответ: 7 и 13 .

3. Пользуясь скалярным умножением векторов, докажите, что а) диагонали ромба взаимно перпендикулярны; б) диагонали прямоугольника равны между собой.

4. Найти координаты вектора x , коллинеарного вектору a (2; 1; –1)

и удовлетворяющего условию a × x =3.

Ответ: x (1; 1 ; – 1 ). 2 2

Дан треугольник с вершинами А(–3; 5; 6), В(1; –5; 7),

С(8; –3; –1).

Найти внутренний угол при вершине А и внешний при вершине С.

Ответ: 45°, 135°.

Даны три силы

- 2

+ 2

= 2

- 2

=10

+ 4

+ 2

Найти:

а) равнодействующую силу

и ее величину;

б) пр

, пр

(13; 3; 2), ½

½=

;

Ответ:

182

Вариант 2

1. Определить работу силы F , ½ F ½=7Н, которая, действуя на тело, вызывает его перемещение на 2 м под углом 2p/3 к направлению действия силы.

Ответ: –7 Дж.

2 + 3

- 2

Упростить выражение

bc +1, если

= 4

+ 2

= 2

- 3

, где

2 = 4,

2 = 1 и (

)

= p .

Ответ: 104.

Показать, что четырехугольник с вершинами А(–5; 3; 4),

В(–1; –7; 5),

С(6; –5; –3),

D(2; 5; –4) есть квадрат.

(1; 2; –3)

Найти координаты вектора

, коллинеарного вектору

и удовлетворяющего условию

=28.

Ответ:

(2; 4; –6).

Найти угол между диагоналями параллелограмма, построенного

(0; –2; 1).

на векторах

(2; 1; 0),

Ответ: 90°.

6. Даны три силы

(1; –3; 4),

(3; –4; 2) и

(–1; 1; 4). Вычислить:

а) равнодействующую силу

и ее величину;

б) пр

, пр

(3; –6; 10), ½

½=

Ответ:

145 ;

Вариант 3

1. Определить работу силы F , ½ F ½ = 8Н, которая, действуя на те- ло, вызывает его перемещение на 3 м под углом p/4 к направлению дейст- вия силы.

Ответ: 12 2 Дж.

2. Докажите, что(a + b)2 + (a - b)2 = 2(a 2 + b 2 ) – верное равенство и

выясните его геометрический смысл.

3. Даны вершины четырехугольника А(1; –2; 2), В(1; 4; 0), С(–4; 1; 1)

и D(–5; –5; 3). Доказать, что его диагонали АС и

ВD взаимно перпенди-

кулярны.

4. Вектор

, коллинеарный вектору

(3; 4; –12),

образует с осью ОУ

тупой угол. Зная, что

=26, найти его координаты.

Ответ:

(–6; –8; 24).

5. Даны вершины треугольника А(–1; –2; 4),

В(–4; –2; 0)

и С(3; –2; 1).

Определить его внутренний угол при вершине В.

Ответ: 45°.

6. Даны три силы

(1; 0; –2),

(3; 2; –4)

(–2; 3; 4). Вычислить:

а) равнодействующую силу

и ее величину;

б) пр

, пр

(2; 5; –2), ½

½=

;

Ответ:

33 ;

;

Вариант 4

1. Даны векторы

(1; 2; –3),

(–1; 0; 3),

(7; 9; –15),

(4; 10; –12)

в некотором базисе.

Показать, что векторы {

}

образуют базис, и

найти координаты вектора a в этом базисе.

Ответ: a = 5 e1 + e2 . 2. Определить работу силы F , ½ F ½ = 16Н, которая, действуя на те- ло, вызывает его перемещение на 7 м под углом 3p/4 к направлению дейст-

вия силы.

Ответ: –56 2 Дж.

3. Векторы a , b и c попарно образуют друг с другом углы, каж-

дый из которых равен 60°. Зная, что a = 4, b = 2 и c = 6, определить

модуль вектора

Ответ:

= 10.

При каком значении l векторы

= 4

+ l

+ 5

= l

+ 2

- 6

взаимно перпендикулярны?

Ответ: l = 5.

, направленную по биссектрисе угла между силами

Найти силу F

(4; –5; 20).

(1; 2; –2)

Ответ:

;

(4; 2; –5)

и удовлетво-

Найти вектор

, коллинеарный вектору

ряющий условию

= –90.

Ответ:

(–8; –4; 10).

Даны вершины треугольника А(3; 2; –3),

В(5; 1; –1)

и С(1; –2; 1).

Определить внешний угол при вершине А.

Ответ: arccos -

(–4; 0; 2)

(–1; 1; 2). Вычислить:

Даны три силы

(5; 1; –3),

а) равнодействующую силу

и ее величину;

б) пр

, пр

пр

½=

;

Ответ:

(0; 2; 1),

5 ;

;

Вариант 5

1. Определить работу силы F , ½ F ½ = 13Н, которая, действуя на те-

ло, вызывает его перемещение на 4 м под углом p/6 к направлению дейст- вия силы.

Ответ: 26 2 Дж.

К одной и той же точке приложены две силы P и Q , действую-

щие под углом 120°, причем

= 7 и

4. Найти величину равнодей-

ствующей силы

Ответ:

37 .

Длина гипотенузы АВ треугольника АВС равна с. Вычислите

сумму

Ответ: с2.

(5; 2; –1)

и удовлетво-

Найти вектор

, коллинеарный вектору

ряющий условию

= 90.

Ответ:

(15; 6; –3).

Даны вершины треугольника АВС

А(–1; –2; 4), В(–4; –2; 0)

С (3; –2; 1). Вычислить внешний угол при вершине В.

Ответ:

Под действием силы

(5; 4; 3) тело переместилось из начала век-

тора S (2; 1; –2) в его конец. Вычислить работу А силы F , угол j между направлениями силы и перемещения и величину проекции F на S .

8 Ответ: А= 8, cos j » 0,38, прS F = 3 .

Вариант 6

1. Определить работу силы F , ½ F ½ = 15Н, которая, действуя на те- ло, вызывает его перемещение на 4 м под углом 5p/6 к направлению дейст- вия силы.

Ответ: –30 3 Дж. 2. Докажите, что при любом расположении точек А, В, С, D на

плоскости имеет место равенство BC × AD + CA × BD + AB ×CD = 0 .

3. Найдите угол между диагоналями параллелограмма, построенно-

го на векторах

a (1; –2; 3), b (1; 5; 3).

Ответ: arccos -

4. Вектор

(4; –6; 12) имеет

= 7. Найти

, коллинеарный вектору

¯¯

его координаты, если

Ответ:

(2; –3; 6).

5. Даны два вектора a (1; –2; 2), b (2; –2; –1). Найти их скалярное произведение и угол между ними. Чему равно выражение 2 a 2 - 4 a ×b + 5 b 2?

Ответ: 4; arccos

;

47.

6. Даны три силы

(1; –2; –2),

(2; 3; –6) и

(3; 4; 12). Вычислить:

а) равнодействующую силу

и ее величину;

б) пр

, пр

пр

(6; 5; 4), ½

½=

; 4,

Ответ:

Уровень III

1. К вершине куба приложены три силы, равные по величине, соот- ветственно, 1, 2, 3 и направленные по диагоналям граней куба, выходя- щим из данной вершины. Найти величину равнодействующей этих трех сил и углы, образуемые ею с составляющими силами.

Ответ: 5; arccos 7 ; arccos 8 ; arccos 9 . 10 10 10

2. Луч образует с векторами i и j углы, соответственно, равные p/4

и p/3, а с вектором k – тупой угол. Найдите этот угол.

Ответ: 2p . 3

3.Докажите, что в трапеции сумма квадратов диагоналей равна сум- ме квадратов боковых сторон, сложенной с удвоенным произведением ос- нований.

4.Два трактора, идущие с постоянной скоростью по берегам прямо- го канала, тянут барку при помощи двух канатов. Величины сил натяжения

канатов F1 = 800 Н и F2 = 960 Н, угол между канатами равен 60°. Опре-

делить сопротивление воды, испытываемое баркой, если она движется па- раллельно берегам, и углы a, b между канатами и направлением движения.

Ответ:

=1530Н, a » 330,

b » 270.

5. Даны три вектора

удовлетворяющие

условию

. Зная, что

= 3,

= 1 и

= 4, вычислить

Ответ: –13.

6. В прямоугольном равнобедренном треугольнике проведены ме- дианы из вершин острых углов. Вычислить угол между ними.

Ответ: arccos 4 . 5

7.Можно ли говорить о скалярном произведении трех векторов? О скалярном кубе вектора? О кубе скаляра вектора? Ответ обосновать.

8.Даны разложения векторов, служащих сторонами треугольника,

по двум взаимно перпендикулярным ортам: AB = 5i + 2 j , BC = 2i - 4 j и

= -7

+ 2

. Вычислить длину медианы

высоты

треуголь-

ника АВС.

Ответ:

= 6;

=12

Указание. Необходимо выразить вектор-медиану и вектор- высоту через стороны треугольника, а потом уже через единичные векто-

ры: AM = AB + 1 BC и AD = AB + l BC , где l следует вычислить из

условия перпендикулярности AD и BC .

9. Векторы a , b и c имеют равные длины и образуют попарно рав-

ные углы. Найти координаты вектора c , если a = i				+	j ,	b = j + k .
	-	1		4	; -	1

Ответ: c			;				, или c (1; 0; 1).

		3		3		3

III. Векторное произведение векторов, его свойства и выраже- ние через координаты. Смешанное произведение трех векторов, его свойства и выражение через координаты. Условие компланарности трех векторов.

Уровень I

(выполняется во внеаудиторной самостоятельной работе)

Векторы

образуют угол φ = p/6. Зная, что ½

½ = 4, ½

½ = 7,

вычислить ½

½.

Ответ: 14.

Даны: ½

½ = 10, ½

½ = 2 и

= 12. Вычислить ½

½.

Ответ: 16.

Определить векторное произведение и его модуль для векторов

(2; –1; –4).

(–1; 2; 4) и

-4

+ 4

- 3

Ответ:

; 41 .

(2; 1; 1),

Найти смешанное произведение трех векторов

(1; 1; 2),

3). Какую тройку векторов образуют эти векторы? Найти

(1; –2;

прc (a ´ b).

Ответ: –10; левую; - 10 . 14

5. Лежат ли точки А(1; 2; –1), В(4; 1; 5), С(–1; 2; 1), D(2; 1; 3) в

одной плоскости?

Ответ: лежат.

1. В начале занятия беглое и активное повторение основного теоре- тического материала с использованием графической схемы и информаци- онной таблицы.

Векторное произведение

Наряду с умножением двух векторов, приводящим к скаляру, рас- смотрим еще один тип умножения векторов, в результате которого получа- ется вектор. Потребность введения такого умножения подтверждается при решении целого ряда геометрических и механических проблем (вычисле- ние момента силы, выражение площадей с помощью векторов и т.п.).

Определение 1. Упорядоченная тройка некомпланарных векторов

a , b , c в R3 с общим началом в точке О называется правой, если кратчай- ший поворот от a к b совершается, если смотреть с конца вектора c , про- тив движения часовой стрелки (рис. 8). В противном случае данная тройка называется левой (рис. 9).

Определение 2. Векторным произведением векторов a и b на-

зывается вектор c (рис. 10), который определяется следующий образом: 1) вектор c перпендикулярен к плоскости, определяемой векторами

a и b , т.е. c ^ a , c ^b ;

2)тройка векторов ( a , b , c ) – правая.

3)модуль вектора c численно равен площади параллелограмма, по-

строенного на векторах a и b :

c = a ´ b = a × b ×sin (a, b);

Рис. 8	Рис. 9	Рис. 10
Замечание.	Обратите внимание, что	определение векторного

произведения задает вектор в геометрической форме, причем длина нового вектора определяется из условия 3), а направление из условий 1), 2). По- думайте, почему недостаточно для задания направления одного из двух последних условий.

Векторное произведение вектора a на вектор b обозначают a ´b

или [ a , b ].

Алгебраические свойства векторного произведения:

1.a ´b = -(b ´ a );

2.l a ´b = a ´lb =l( a ´b );

3.( a + b )´c = a ´c + b ´c .

Геометрические свойства векторного произведения:

½=Sпарал.,

½=S ;

½½

;

В координатной форме векторное произведение определяется сле- дующим образом:

a y

a z

a x

a y

a ´ b =

a x

a y

a z

;

b y

Замечание. С помощью векторного произведения можно вычис-

лить, например, вращающий момент

силы

, приложенной к точке В

тела, закрепленного в точке

А:

или скорость точек твердо-

го тела, вращающегося вокруг неподвижной оси:

w´ r и т.п.

Смешанное произведение векторов

Определение 3. Векторно-скалярным или смешанным произве-

дением упорядоченной тройки векторов a , b , c называется число, кото- рое получается скалярным умножением векторного произведения векторов

a и b на третий вектор c и обозначается a b c или ( a , b , c ).

Алгебраические свойства смешанного произведения:

1. ( a ´b )×c = a ×(b ´c ) – смешанное произведение не зависит от груп- пировки множителей.

2. a b c = c b a = b c a =–( b a c )=–( c b a )=–( a c b ) – при перестановке множителей, не нарушающей их кругового порядка, смешанное произве- дение не изменяется; при перестановке, нарушающей их круговой поря- док, смешанное произведение меняет только свой знак.

( a1 + a2 ) b c = a1 b c + a2 b c ;

)

= l(

), "l Î R.

Геометрические свойства смешанного произведения:

Vпарал.= ½

½, Vпир.=

Vпарал.;

> 0

тройка (

) – правая;

< 0

тройка (

) – левая;

векторы

– компланарны;

= 0

= … = 0.

В координатной форме смешанное произведение вычисляется из оп- ределителя:

				a x	a y	a z
a	b	c	=	bx	by	bz	.
				c x	c y	c z

2.Совместное обсуждение (со всей аудиторией) выполненного во внеаудиторной самостоятельной работе уровня А.

3.Самостоятельное изучение обучающих задач

Обучающие задачи

Задача 1.

Векторы

образуют угол φ = 5p/6. Зная, что

½= 6, ½

½= 4,

вычислить ½(3

–2

)´(2

)½.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 228 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке Высшая математика (РТФ)

#
18.05.20152.77 Mб51умк_Вакульчик_Неопределенный интеграл.pdf
#
18.05.20153.63 Mб42умк_Вакульчик_Опред интеграл.pdf
#
18.05.20154.76 Mб40умк_Вакульчик_Элементы векторной алгебры.pdf
#
18.05.20155.38 Mб46умк_Вакульчик_Элементы линейной алгебры.pdf
#
18.05.20151.33 Mб47умк_Мальцев_Осн дискретной матем.pdf
#
18.05.20153.75 Mб53умк_Пальчик_Теория вероятностей.pdf
#
18.05.20155.68 Mб35умк_Цывис_Диф.уравнения_Ряды.pdf
#
18.05.20154.7 Mб45умк_Цывис_Функции_Интеграл. исчисл..pdf