- •Аналитическая геометрия
- •Содержание
- •I. Элементы векторной алгебры
- •1.1. Определение и свойства векторов
- •1.2. Сложение векторов
- •1.3. Умножение вектора на действительное число
- •1.4. Коллинеарные векторы
- •1.5. Компланарные векторы
- •1.6. Векторные пространства
- •1.7. Линейная зависимость и независимость векторов
- •1.8. Базис векторного пространства. Координаты вектора
- •1.9. Проекция на прямую параллельно данной плоскости
- •1.10. Проекция вектора на ось
- •1.11. Ортогональная проекция вектора на ось
- •1.12. Скалярное произведение векторов
- •1.13. Метод координат на плоскости и в пространстве
- •1.14. Векторное произведение векторов
- •1.15. Смешанное произведение векторов
- •II. Образы первой ступени
- •2.1. Условия, определяющие фигуру в системе координат
- •2.2. Прямая в аффинной системе координат на плоскости и в пространстве
- •2.2.1. Уравнения прямой, проходящей через данную точку параллельно данному вектору
- •2.2.2. Уравнения прямой, проходящей через две точки
- •2.2.3. Общие уравнения прямой
- •I.Общее уравнение прямой на плоскости
- •II. Общие уравнения прямой в пространстве
- •2.2.4. Исследование взаимного расположения прямых
- •2.3. Прямая в прямоугольной системе координат на плоскости
- •2.3.1. Уравнение прямой, проходящей через данную точку перпендикулярно данному вектору
- •2.3.3. Нормальное уравнение прямой
- •2.3.4. Угол между двумя прямыми, заданными общими уравнениями
- •2.3.5. Угол между наклонными прямыми, заданными уравнениями с угловыми коэффициентами
- •2.3.6. Расстояние от точки до прямой
- •2.4. Пучок прямых на плоскости
- •2.7. Прямая и плоскость в пространстве
- •2.7.1. Плоскость в аффинной системе координат
- •I.Уравнения плоскости, проходящей через данную точку параллельно двум данным векторам
- •II. Уравнения плоскости, проходящей через три данные неколлинеарные точки
- •III. Общее уравнение плоскости
- •IV. Исследование взаимного расположения двух плоскостей
- •2.7.2. Плоскость и прямая в прямоугольной системе координат
- •I. Уравнение плоскости, проходящей через данную точку перпендикулярно данному вектору
- •II. Угол между двумя плоскостями
- •III. Угол между прямой и плоскостью
- •IV. Расстояние от точки до плоскости
- •4.1. Элементарная теория линий второго порядка
- •4.1.2. Эллипс
- •4.1.3. Гипербола
- •4.1.4. Парабола
- •4.1.5. Эллипс, гипербола и парабола в полярных координатах
- •4.2. Упрощение уравнения линии второго порядка
- •4.3. Поверхности
- •4.3.1. Цилиндрические поверхности
- •4.3.2. Конические поверхности
- •4.3.3. Поверхности вращения
- •4.3.4. Эллипсоид
- •4.3.5. Однополостный гиперболоид
- •4.3.6. Двуполостный гиперболоид
- •4.3.7. Гиперболический параболоид
- •4.3.8. Прямолинейные образующие поверхности
1.15. Смешанное произведение векторов
Определение 22. Смешанным произведением упорядоченной тройки векторов называется результат векторного произведения первых двух векторов, умноженный скалярно на третий вектор.
Если дана упорядоченная тройка векторов , и , то смешанным произведением будет число, равное .
Свойства смешанного произведения векторов.
10. Смешанное произведение любой упорядоченной тройки векторов определено и однозначно.
20. Очевидно, смешанное произведение обладает всеми свойствами, общими для векторного и скалярного произведений. Так, например, ,
) , ,
, , .
30. Смешанное произведение трёх векторов равно нулю тогда и только тогда, когда данные векторы компланарны.
Доказательство. = 0 = , или , или .
Но = и коллинеарны; параллелен плоскости векторов и .
Следовательно, = 0 , и компланарны.
40. (Смешанное произведение в координатах).
Доказательство. Пусть В = ортонормированный базис, , , . Так как = = . Так как базис ортонормированный, то по формуле (7) получим
= (11)
50. Если в смешанном произведении поменять местами два множителя, то оно сменит знак.
Доказательство. Зафиксируем ортонормированный базис. Тогда смешанное произведение можно найти по формуле (11). Если два множителя в смешанном произведении меняются местами, то в определителе формулы (11) меняются местами две строки. При этом определитель меняет знак на противоположный.
60. Если в смешанном произведении все множители поменять местами, то смешанное произведение не изменится. (Докажите)
70. Смешанное произведение не изменится, если в нём поменять местами знаки векторного и скалярного умножения, т.е. =
Доказательство. Зафиксируем ортонормированный базис. Тогда = = = = .
Замечание. Последнее свойство позволяет в обозначении смешанного произведения не ставить знаки векторного и скалярного произведений, поэтому смешанное произведение можно обозначать .
80. Геометрический смысл модуля и знака смешанного произведения.
Если векторы компланарны, то смешанное произведение их равно нулю (свойство 30), поэтому рассмотрим упорядоченную тройку , и некомпланарных векторов. Отложим
векторы , и от одной точки: , , . Построим параллелепипед OADBCMNP на векторах , как на рёбрах. Пусть есть векторная проекция вектора на направление вектора . Тройка векторов , и всегда правая. Если тройка , и тоже правая, то сонаправлен с вектором , следовательно, числовая проекция 0 (рис. 24). Если |
Рис. 24 |
же тройка , , левая, то противоположно направлен с вектором , следовательно, числовая проекция 0. Так как = , то знак совпадает со знаком . Итак, 0 тройка векторов , , правая и 0 тройка векторов , , левая.
= = , где высота параллелепипеда. Следовательно, = , где объём параллелепипеда OADBCMNP.
90. (формула для нахождения высоты параллелепипеда).
100. Если АВСD тетраэдр, то , .
Задача 11. АВСDA1B1C1D1 куб с единичным ребром, , ,
, . Найдите высоту тетраэдра MNPQ, опущенную из вершины Q. Решение. , , . Выберем базис В = , где , , . Этот базис |
Рис. 25 |
ортонормированный. Найдём координаты векторов: , ,
. Следовательно, ,
, .
= , . Следовательно,
.