Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
35
Добавлен:
26.02.2016
Размер:
483.32 Кб
Скачать

РАЗДЕЛ. II. ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА

Тема 4. Векторы. Линейные операции над векторами

4.1. Вопросы для самостоятельного изучения

4.1.1. Определения

Вектором называется отрезок, которому приписано определенное направление (рис. 4.1.1), т.е. указаны начало и конец отрезка. Обозначается: a

или AB , где А – начало, B – конец отрезка.

Модулем (длиной) вектора называется длина

aG В

А

РИС. 4.1.1

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. 4.1.2) a ↑↑b или

противоположно направленными (рис. 4.1.3) a ↑↓b .

aG

 

 

 

 

 

aG

bG

 

 

 

 

 

bG

РИС. 4.1.2

 

 

 

 

 

РИС. 4.1.3

Векторы a и b равны a =b , если: 1)

 

a

 

 

; 2) a ↑↑b .

 

 

=

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

4.1.2. Линейные операции над векторами

 

 

bG

aG

G

G

 

a

+b

РИС. 4.1.4

aG

G

G

 

a

+b

bG

РИС. 4.1.5

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

а) по правилу треугольника (рис. 4.1.4)

– вектор a + b проведен из начала вектора a в

конец вектора b , если конец вектора a и нача-

ло вектора b совмещены; или

б) по правилу параллелограмма (рис. 4.1.5) – 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. 4.1.6) - это вектор, замыкающий ломаную

G

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

линию, составленную из слагаемых векторов,

a

+b

+c

+d

РИС. 4.1.6

его начало совпадает с началом первого векто-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ра a , а конец - с концом последнего вектора d .

1

 

G

 

 

 

3. Произведением вектора a на число

 

aG

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2aG

2a

λ называется вектор λa (рис. 4.1.7), удовле-

 

 

 

 

творяющий условиям:

РИС. 4.1.7

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. 4.1.8) б) b + (a b ) = a (рис. 4.1.9)

G

G

G

 

aG

aG b

a

b

a

 

 

 

 

 

G

 

G

 

G

 

b

 

b

 

 

b

 

 

 

 

 

 

РИС. 4.1.8

 

 

РИС. 4.1.9

4.1.3. 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.

4.1.10) – точки

= прOu

А, B

 

 

 

 

 

 

 

′ ′

.

 

 

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,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A B

 

 

A B

 

 

 

 

 

 

ПрOu АB =

 

 

 

 

↑↓ e.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РИС. 4.1.10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

y

x

M

 

Декартова прямоугольная система координат на

G

плоскости (обозначается 2 ) образована двумя взаимно

j

 

y

перпендикулярными осями: Ox – ось абсцисс, Oy ось

G

 

O

x

i

ординат, имеющих общее начало, O начало коорди-

 

 

 

 

РИС. 4.1.11

нат (рис. 4.1.11).

 

 

Любая точка М в

2 имеет две координаты M (x, y) . Оси координат име-

ют 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-

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

нат, Oz ось аппликат, точка O – начало координат

(рис. 4.1.12). Любая точка М в 3 имеет три координа-

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

орт оси Oy , k – орт оси Oz . Тройка векторов (i , j,k )

образует базис в 3 .

z

ОkGiKGjМy y

xx

РИС. 4.1.12

z

 

 

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

С

z

 

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

А

 

 

 

М

торов, лежащих на осях координат (рис. 4.1.13)

 

kG Gj

 

y

О

Аx

K

В y

= x i + y j + z k .

i

М1

Это представление вектора называется раз-

x

 

РИС. 4.1.13

ложением вектора по базису, а числа x, y, z назы-

ваются координатами вектора . Пишут также

= (x, y, z) .

17