- •Основные понятия
- •Скалярное произведение векторов и его свойства
- •7.1. Определение векторного произведения
- •7.2. Свойства векторного произведения
- •7.3. Выражение векторного произведения через координаты
- •7.4. Некоторые приложения векторного произведения
- •Смешанное произведение трех векторов и его свойства
- •Краткий конспект лекции 13
- •Глава 5. Элементарная теория линейных операторов (продолжение)
- •5.3. Сопряженный оператор
- •5.3.1. Сопряженный оператор и его матрица
- •5.3.2. Самосопряженный оператор
- •5.3.3. Собственные значения и собственные векторы самосопряженного оператора
- •5.3.4. Приведение матрицы линейного оператора к диагональной форме
- •Бесконечно малая величина
- •Бесконечно большая величина
- •Свойства бесконечно малых
- •Связь бесконечно малой и бесконечно большой величины
- •Сравнение бесконечно малых функций.
- •Эквивалентные величины Определение
- •Теорема
- •Локальные экстремумы
Скалярное произведение векторов и его свойства
М ы рассмотрели умножение вектора на число. Однако во многих задачах механики и физики встречается операция умножения вектора на вектор. Но при этом результат может быть как числом, так и вектором. Поэтому рассматривают два вида умножения векторов: скалярное и векторное.
Пусть даны два вектора и , угол между, которыми равен .
Скалярным произведением векторов и называется число, равное произведению длин этих векторов на косинус угла между ними. Скалярное произведение обозначается . Итак, .
Если один из векторов нулевой, то угол не определен, и скалярное произведение по определения считается равным нулю.
Рассмотрим свойства скалярного произведения.
Скалярное произведение двух векторов подчиняется коммутативному закону, т.е. для любых векторов и .
Очевидно, из определения скалярного произведения:
.
Для любого числа λ и любых векторов имеем:
.
Доказательство. Ограничимся случаем, когда λ > 0. В этом случае угол между векторами и совпадает с углом между векторами и , .
Поэтому . Откуда
Аналогично доказывается и равенство .
Случай λ <0 рассмотреть самостоятельно.
Для любых векторов выполняется равенство .
Доказательство. Используя определение скалярного произведения и свойства проекций вектора на ось, будем иметь
Для любого вектора выполняется соотношение .
Действительно, так как , то .
Из этого свойства в частности следует .
Скалярное произведение двух векторов равно нулю тогда и только тогда,когда равен нулю один из сомножителей или векторы перпендикулярны.
Это свойство очевидно из определения скалярного произведения.
Таким образом, необходимым и достаточным условием ортогональности двух векторов является равенство нулю их скалярного произведения.
Итак, скалярное произведение векторов равно сумме произведений соответствующих координат: .
Это соотношение позволяет вычислить длину вектора через его координаты:
.
Далее из определения скалярного произведения находим
.
Выражая скалярное произведение и длины векторов через их координаты,получим формулу для нахождения косинуса угла между векторами
.
Условие ортогональности двух векторов:
или .
Т.о., для того чтобы два вектора были перпендикулярны необходимо и достаточно, чтобы сумма произведений соответствующих координат этих векторов была равна нулю.
#12
7.1. Определение векторного произведения
Три некомпланарных вектора a, b и с, взятые в указанном порядке, образуют правую тройку, если с конца третьего вектора с кратчайший поворот от первого вектора а ко второму вектору b виден совершающимся против часовой стрелки, и левую, если по часовой (см. рис. 16).
Векторным произведением вектора а на вектор b называется вектор с, который:
1. Перпендикулярен векторам a и b, т. е. са и сb;
2. Имеет длину, численно равную площади параллелограмма, построенного на векторах а и b как на сторонах (см. рис. 17), т. е.
3.Векторы a, b и с образуют правую тройку.
Векторное произведение обозначается а х b или [а,b]. Из определения векторного произведения непосредственно вытекают следующие соотношения между ортами i , j и k (см. рис. 18):
i х j = k, j х k = i, k х i = j. Докажем, например, что iхj=k.
1) ki, kj;
2) |k|=1, но | i x j| = |i| • |J| • sin(90°)=1;
3) векторы i , j и k образуют правую тройку (см. рис. 16).