- •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.