
- •1. Матрицы и операции над ними.
- •2.1. Определитель матрицы 2х2.
- •Свойства определителей 2-го порядка
- •3. Элементарные преобразования матриц. Приведение матрицы к ступенчатому виду с помощью элементарных преобразований. Метод Гаусса.
- •Обратная матрица. Матричные уравнения.
- •5. Линейные (векторные) пространства. Линейная зависимость.
- •5.2. Линейная зависимость.
- •5.3. Базис.
- •5.4. Размерность линейного пространства.
- •6. Ранг матрицы. Теорема Кронекера - Капелли.
- •7. Структура множества решений системы линейных уравнений
- •8. Геометрические векторы. Операции над векторами.
- •8.2. Линейные операции над векторами.
- •8.3. Линейная зависимость двух геометрических векторов.
- •8.4. Линейная зависимость трех геометрических векторов.
- •8.5. Линейная зависимость четырех векторов.
- •9. Скалярное, векторное, смешанное произведения.
- •9.5. Алгебраические свойства векторного произведения.
- •9.7. Вычисление смешанного произведения в декартовых координатах.
- •10. Прямая на плоскости.
9.5. Алгебраические свойства векторного произведения.
1).
- антикоммутативность векторного
произведения. Действительно, векторы
в левой и правой частях равенства имеют
одинаковую длину, коллинеарны, но
противоположны по направлению.
2)
.
Справедливость этого утверждения
очевидна.
3)
.
Докажем это утверждение. При
утверждение очевидно. Пусть
.
Равенство длин векторов в левой и правой
частях показать несложно:
где
- угол между векторами
и
,
- угол между векторами
и
.
Либо
,
если
,
либо
,
если
.
В любом случае
.
Коллинеарность
векторов в левой и правой частях следует
из их ортогональности плоскости,
определяемой векторами
и
.
Осталось показать одинаковую
направленность. Если
,
то векторы
и
одинаково направлены, следовательно,
одинаково направлены
и
,
а также
и
.
Если
,
то
и
противоположно направлены. В этом случае
противоположно направлены векторы
и
.
Но тогда одинаково направлены
и
.
Свойство доказано.
4).
Докажем это. Пусть сначала векторы
компланарны. Приведем их к общему началу.
Пусть
- единичный вектор, принадлежащий той
же плоскости, что и
,
и перпендикулярный вектору
,
и пусть вектор
- единичный вектор, перпендикулярный
этой плоскости, такой, что тройка
является правой. По
теореме
1 справедливы равенства:
Тогда
свойство вытекает из свойства проекции
Пусть
теперь
некомпланарны.
Так как векторы
ортогональны вектору
,
то они параллельны одной плоскости
(перпендикулярной вектору
),
т.е. компланарны. Значит, они линейно
зависимы, т.е. существуют такие числа
,
не все равные нулю, что выполняется
равенство
.
(*)
Умножим
обе части этого равенства скалярно на
вектор
.
Учитывая, что
,
получим:
(**)
Равенство
смешанных произведений
и
с точностью до знака следует из равенства
объемов параллелепипедов (см. рисунок),
построенных на соответствующих векторах,
поскольку эти параллелепипеды имеют
общую высоту, а их основания имеют
одинаковую площадь. Равенство знаков
вытекает из определения правых и левых
троек векторов: тройки
и
имеют одинаковую ориентацию. Итак,
(и не равно нулю, так как векторы
некомпланарны). Тогда из равенства (**)
следует
.
Умножив
скалярно обе части равенства (*) на вектор
,
аналогичными рассуждениями получим,
что
.
Таким образом, из равенства (*) вытекает
Свойство доказано.
Замечание. Свойства 3) и 4) относились к первому сомножителю векторного произведения. Однако эти свойства справедливы и для второго сомножителя. Например:
9.6. Вычисление векторного произведения в декартовых координатах. С этого момента мы будем считать, что базисные векторы в декартовой прямоугольной системе координат образуют правую тройку.
Теорема. Если в декартовой прямоугольной системе координат
,
,
то
,
или – что удобнее для запоминания –
.
Доказательство.
Сначала рассмотрим всевозможные
векторные произведения базисных
векторов:
Поскольку
,
,
то, пользуясь доказанными свойствами линейности векторного произведения, получим:
Теорема доказана.