Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ЗаданияСР_Математ_036401.pdf
Скачиваний:
48
Добавлен:
26.02.2016
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

Тема 2. Векторная алгебра

2.1. Векторы. Линейные операции над векторами

2.1.1. Вопросы для самостоятельного изучения

2.1.1.1. Определения

Вектором называется отрезок, которому

 

приписано определенное направление (рис.

aG

2.1.1), т.е. указаны начало и конец отрезка. Обо-

В

значается: a или AB , где А – начало, B – конец

А

отрезка.

РИС. 2.1.1

Модулем (длиной) вектора называется длина отрезка и обозначается a

или AB .

Вектор, модуль которого равен единице, называется единичным векто-

ром или ортом.

Векторы a и b называются коллинеарными, если они лежат на одной

прямой или на параллельных прямых. Обозначается a b . При этом коллинеар-

ные векторы могут быть одинаково направленными (рис. 2.1.2) a ↑↑b или

противоположно направленными (рис. 2.1.3) a ↑↓ b .

aG

 

 

 

 

 

aG

bG

 

 

 

 

 

bG

РИС. 2.1.2

 

 

 

 

 

РИС. 2.1.3

Векторы a и b равны a = b , если: 1)

 

a

 

 

; 2) a ↑↑b .

 

 

=

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

2.1.1.2. Линейные операции над векторами

 

 

bG

aG

G

G

 

a

+b

РИС. 2.1.4

aG

G

G

 

a

+b

bG

РИС. 2.1.5

1. Суммой векторов a и b называется вектор a + b , построенный:

а) по правилу треугольника (рис. 2.1.4) –

вектор a + b проведен из начала вектора a в

конец вектора b , если конец вектора a и

начало вектора b совмещены; или

б) по правилу параллелограмма (рис. 2.1.5) – вектор a + b является диагональю

параллелограмма, построенного на векторах a и b , как на сторонах.

Свойства: а) a + b = b + a ; б) (a + b )+ c = a + (b + c ).

bG

 

cG

dG

 

 

2. Сумма a + b + c + d нескольких век-

 

торов строится по правилу многоугольника

aG

G

 

G

(рис. 2.1.6) - это вектор, замыкающий лома-

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

ную линию, составленную из слагаемых

a

+b

+c

+d

РИС. 2.1.6

векторов, его начало совпадает с началом

первого вектора a , а конец - с концом по-

 

 

 

 

 

 

 

 

следнего вектора d .

1

 

G

 

 

 

3. Произведением вектора a на число λ

 

aG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2aG

−2a

называется вектор λa (рис. 2.1.7), удовле-

 

 

 

 

творяющий условиям:

РИС. 2.1.7

1)

 

λa

 

=

 

λ

 

 

 

a

 

;

 

 

 

 

 

 

2)

λa ↑↑ a , если λ > 0 и λa ↑↓ a , если λ < 0 .

 

 

 

 

Свойства: а)

a + b = b + a ; б) (λ + μ)a = λa + μa ; в)(λμ)a = λ(μa ).

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

4. Разностью векторов a и b называется вектор a − b = a + (−1)b , кото-

рый можно построить двумя способами:

а) a − b = a + (−b)

(рис. 2.1.8) б) b + (a − b) = a (рис. 2.1.9)

G

G

G

 

aG

aG − b

a

− b

a

 

 

 

 

 

G

 

G

 

G

 

−b

 

b

 

 

b

 

 

 

 

 

 

РИС. 2.1.8

 

 

РИС. 2.1.9

2.1.1.3. Координаты вектора, линейные операции над векторами в координатах

Ось Ou – это прямая с заданным направлением, масштабом и началом отсчета O . Единичный вектор e , лежащий на оси, направление которого совпадает с направлением оси, называется ортом направления оси.

 

Пусть дан вектор

AB .

Найдем проекции точек

 

 

А, B

на ось Ou (рис.

 

′

= прOu А, B

′

 

 

 

 

 

 

 

 

′ ′

.

 

 

2.1.10) – точки A

 

= прOu B . Построим вектор A B

 

 

G

А

В

 

 

Проекцией вектора

AB на ось Ou назы-

 

 

 

вается число

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О

А′

В′

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

′

, если

′ ′

↑↑ e,

 

 

 

 

 

ПрOu АB =

 

A B

 

A B

 

 

 

 

 

 

 

′

 

′

 

 

′

′

↑↓ e.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

РИС. 2.1.10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

y

x M

 

 

Декартова прямоугольная система координат на

G

 

плоскости (обозначается

2 ) образована двумя взаим-

j

y

 

но перпендикулярными осями: Ox – ось абсцисс, Oy –

iG

 

O

x

ось ординат, имеющих общее начало, O – начало коор-

 

 

 

 

РИС. 2.1.11

 

динат (рис. 2.1.11).

 

 

 

 

 

 

Любая точка

М в

2

имеет две координаты M (x, y) .

Оси координат

имеют единичные векторы:

i

–

орт оси Ox , j

– орт оси Oy . Пара векторов

(i , j ) называется базисом в

 

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

Декартова прямоугольная система координат в

 

z

 

 

пространстве (

3 ) образована тремя взаимно перпен-

 

z

 

 

дикулярными осями: Ox – ось абсцисс, Oy – ось ор-

 

ОK

j

y y

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

динат, Oz – ось аппликат, точка O – начало координат

 

kG

G

М

(рис. 2.1.12). Любая точка М в

 

имеет три коорди-

xx

i

 

 

наты M (x, y, z) . Единичные векторы: i – орт оси Ox ,

 

 

 

j –

орт оси Oy ,

k – орт оси Oz . Тройка векторов

 

РИС. 2.1.12

(i , j,k ) образует базис в 3 .

 

z

 

 

 

С z

 

 

А

 

М y

 

О

kG Gj

 

 

K

В y

x

Аx

i

М1

 

РИС. 2.1.13

Рассмотрим вектор OМ в 3 , где O(0,0,0) ,

M (x, y, z) . Представим вектор OМ в виде суммы

векторов, лежащих на осях координат (рис. 2.1.13)

→

OМ = x i + y j + z k .

Это представление вектора OМ называется

разложением вектора OМ по базису, а числа x, y, z

называются координатами вектора OМ . Пишут так-

же OМ = (x, y, z) .

17