Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКЕ. Ч1.pdf
Скачиваний:
250
Добавлен:
27.05.2019
Размер:
3.56 Mб
Скачать

27

Определение. Углом между векторами a и b называется наименьший угол ϕ ( 0 ϕ π ), на который надо повернуть один из векторов относительно общей начальной точки до его совпадения со вторым.

Определение. Рассмотрим ось l , положительное направление которой совпадает с направлением единичного вектора e , расположенного на

оси. Под углом между вектором a и осью l понимают угол ϕ между векторами er и ar.

§ 6. Проекция вектора на ось. Теоремы о проекциях

Пусть l – некоторая ось, а AB – вектор, произвольно расположенные в пространстве. Обозначим через A1 и B1 проекции на ось l соответственно

начала A и конца B этого вектора. Предположим, что A1 на оси l имеет координату x1 , а B1 – координату x2 (рис. 1.6).

Определение. Разность x2 x1 между координатами проекций конца

O

x1

тупой, то

A

A1

x2 < x1

 

 

 

 

и начала вектора

на-

 

B

 

 

AB на ось l

 

 

 

 

зывается проекцией вектора

 

 

 

 

AB

 

B1

l

на эту ось.

 

 

 

Если вектор

 

x2

 

AB образует с

 

осью l острый угол, то x2 > x1 , и

Рис. 1.6

 

проекция

x2 x1 > 0, если угол

 

 

 

 

 

 

 

 

между осью l и вектором AB

 

 

 

 

l , то проекция равна 0.

и проекция отрицательна. Если AB

Теорема 1. Проекция вектора a на ось l равна модулю вектора a , умноженному на косинус угла ϕ между вектором и осью:

прl a = a cosϕ .

Доказательство. Проекция вектора a не изменится при любом его переносе параллельно самому себе, т.к. при этом x2 и x1 изменяются на одну и ту же

величину. Поэтому достаточно рассмотреть случай, когда начало вектора совпадает с началом O оси l .

 

ar

B

B

 

 

 

B

 

 

 

a

ϕ

 

ar

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

π ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O

 

B1 l

B1

O

l

O

 

l

Рис. 1.7

Рис. 1.8

Рис. 1.9

28

Если угол ϕ между вектором и осью острый ( 0 ϕ π2 ) (рис. 1.7), то

 

 

 

 

 

 

прl ar =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ar

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

OB1

=

OB

cosϕ =

cos

ϕ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если же угол ϕ тупой (π 2 ϕ π ) (рис. 1.8), то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прl ar = −

 

B1O

 

= −

 

OB

 

cos(π ϕ) =

 

OB

 

cosϕ =

 

ar

 

cosϕ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наконец, если ϕ = π

 

 

(рис. 1.9), то пр a = 0 и cosϕ = 0. Таким образом,

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

снова имеем соотношение

 

 

 

прl a =

 

 

a

 

cosϕ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема 2. Проекция суммы двух векторов на ось равна сумме проек-

ций слагаемых векторов на ось.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доказательство.

 

Пусть

AC = AB+ BC . Обозначим через x1 , x2

и x3 коор-

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

динаты проекций A1 ,

B1

и C1 на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ось l точек A , B , C (рис.1.10).

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

прl AB = x2

x1 , прl BC = x3 x2 ,

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

прl AC = x3

x1 , т.е.

 

 

 

 

 

O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

 

 

 

 

 

 

 

 

прl AC

= прl AB+ прl

BC .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. Эту теорему можно обобщить на случай любого числа слагаемых.

Теорема 3. прl (λ a)= λ прl a .

Доказательство. Прежде всего заметим, что если вектор ar составляет с осью угол ϕ и λ > 0 , то вектор λa имеет то же направление, что и вектор a , и составляет с осью также угол ϕ . Если же λ < 0 , то направление вектора λa

противоположно направлению a и вектор λa составляет с осью

угол

π ϕ =ϕ1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По теореме 1 имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

λ > 0 ;

прl (λar)=

 

λar

 

cosϕ =

 

 

λ

 

 

 

 

ar

 

cosϕ = λ

 

ar

 

 

 

cosϕ = λ прl

ar;

 

 

 

 

 

 

 

 

2)

λ < 0 ;

прl (λar)=

 

 

λar

 

cosϕ1 =

 

 

λ

 

 

 

ar

 

 

cosϕ1 = −λ

 

 

 

ar

 

cos(π ϕ)=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= λ ar cosϕ = λ прl ar.

Следствие. Проекция разности двух векторов на ось равна разности проекций этих векторов на эту же ось.