λ < 0 λ a ↑↓ a .
Операция умножения вектора на число обладает свойствами:
λ (a + |
|
)= λa+ λ |
|
|
(дистрибутивность относительно |
||||||||||||||||||
b |
b |
||||||||||||||||||||||
сложения векторов); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
(λ + µ)a = λ a + µ a |
|
(дистрибутивность |
относитель- |
||||||||||||||||||||
но сложения чисел); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
λ(µ a )= (λµ)a (ассоциативность); |
|
|
|
||||||||||||||||||||
1 a = a (умножение на единицу). |
|
|
|
||||||||||||||||||||
Пусть a1,a2 , ,an |
− векторы; λ1, λ2 , , λn − числа. |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
||||||
Вектор λ1a1 + λ2a2 + + λnan |
называется линейной комбина- |
||||||||||||||||||||||
цией векторов a ,a , ,a |
|
с коэффициентами λ , λ , , λ . |
|||||||||||||||||||||
1 2 |
|
|
|
|
|
n |
|
|
А |
И1 2 |
n |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
Проекция вектора на ось |
|
|
|
|||||||||||||||
Дан вектор а = |
|
|
|
|
бВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
АВ |
|
и направленный отрезок или луч |
U |
– ось. |
|||||||||||||||||||
Спроектируем вектор АВ на U и получим вектор |
А1В1 |
. |
|
|
|
||||||||||||||||||
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
и |
а |
|
|
|
|
|
|
|
Ось |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В1 А1
Рис. 4
A1B1 − геометрическая проекция вектора AB на ось U (рис. 4).
6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A1B1 |
|
, если |
A1B1 ↑↑U; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Число |
Пр |
|
|
|
AB = |
|
|
|
|
– |
алгебраическая |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
− |
|
A1B1 |
|
, если A1B1 ↑↓U |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
проекция |
|
|
|
|
на ось |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
AB |
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
Теорема (основная теорема о проекциях). Пусть а1,а2 , ,аn − |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
векторы; λ1, λ2 , , λn − числа; |
|
− ось. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПрU |
(λ1а1 + λ2а2 + + λnаn ) = |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= λ1ПрU |
а1 + λ2 ПрU |
а2 + + λn ПрU |
аn . |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Следствия. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
1. ПрU |
(a + |
|
|
)= ПрU |
a + ПрU |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
b |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
Д |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
2. ПрU |
(λ |
a |
)= λ ПрU |
a . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Пример. |
В треугольникеАABC сторона AB точками M и N |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
разделена на три равные части: |
|
AM |
|
|
= |
|
MN |
|
= |
|
NB |
|
. |
Найти вектор |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
, если |
|
|
= |
|
; |
|
|
|
|
|
= |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
СM |
CА |
a |
CB |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
( |
|
− a ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
Решение. Имеем AB = b − a AM = |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Так как |
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
СM |
CA |
|
AM |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
|
− a )= |
(2 a + |
|
) |
= 2 a + |
1 |
|
. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= a + |
|
b |
b |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CM |
|
b |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
Вопросы и задания для самопроверки [2,3,5,6]
1.Что называется геометрическим вектором?
2.Что называется длиной геометрического вектора?
3.Какие векторы называются одинаково направленными?
4.Какие векторы называются коллинеарными?
7
5.Дайте определение сложения двух геометрических векторов.
6.Определите умножение геометрического вектора на число.
7.Что называется проекцией вектора на ось?
§2. Базис и координаты |
|
|
|
|
|
|
||
Векторы а1, а2 , , аn называются линейно зависимыми, если |
||||||||
существуют числа |
λ1, λ2 , , λn |
(не |
все |
равные 0), такие, что |
||||
λ1 а1 + λ2 а2 + + λn аn = 0 , т.е. линейная комбинация векторов об- |
||||||||
ращается в ноль. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Два вектора на плоскости а |
и b линейно независимы тогда и |
|||||||
только тогда, когда они неколлинеарны: a || b (рис. 5). |
||||||||
а |
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
И |
||||
с |
|
|
|
|
||||
b |
|
|
|
|
||||
|
|
|
Д |
b |
||||
а) а , b – неколлинеарны, a || b ; |
b – коллинеарны, a || b . |
|||||||
|
б) а |
, |
||||||
|
|
АРис. 5 |
|
|
|
|||
Три вектора, |
меющбе общее начало, |
называются компланар- |
||||||
ными, если они лежат в одной плоскости. Или: три произвольные |
||||||||
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
вектора компланарны, если они параллельны одной плоскости. |
||||||||
Три вектора в пространстве линейно независимы тогда и только |
||||||||
тогда, когда они некомпланарны. |
|
|
|
|
|
|||
С |
|
|
|
|
|
|
||
|
Базис и координаты |
|
||||||
Базисом на плоскости называются любые два линейно независимых вектора (любые два неколлинеарные вектора) (рис. 6).
8
e1
e2
Рис. 6
Любой вектор на плоскости является линейной комбинацией базисных векторов.
a = λ1e1 + λ2e2 − разложение вектора a по базису (e1, e2 ).
|
|
(λ1, λ2 )− координаты a в базисе (e1, e2 ). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Стандартный |
базис на |
|
плоскости – (i |
, j),причем |
|
|
= |
|
j |
|
=1, |
||||
|
i |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
i |
Д |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
j (рис. 7). |
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
и |
|
Рис. 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Базис в пространстве |
− это любые три линейно независимые |
||||||||||||||
вектора в пространствеС. Любой вектор в пространстве является линейной комбинацией баз сных векторов (прил. 2).
Если e1, e2 , e3 − базис в пространстве, то a = λ1 e1 + λ2 e2 + λ3 e3 .
а = (λ1, λ2 , λ3 )− координаты a в базисе (e1, e2 , e3 ).
e3
e2
e1
Рис. 8
9
В пространстве базис образуют любые три некомпланарные вектора (рис. 8).
Векторы i , j, k − стандартный базис: i
= j = k = 1; i j k
(рис. 9).
k
i
j
Рис. 9
Действия с векторами в координатной форме записи
1) |
Если а = (x1, y1, z1 ); |
|
|
= (x2 , y2 |
, z |
2 ) – координаты векторов, то |
|||||||
b |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
||
сумма векторов – это вектор с координатами |
|||||||||||||
|
|
|
= (x |
бА |
+ zИ) (прил. 3); |
||||||||
|
a + |
b |
+ x |
2 |
; y |
+ y |
2 |
; |
z |
||||
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
2 |
||||||
2) |
λ a = (λ x; λ y; λ z)−умножение вектора на число λ ; |
||||||||||||
3) |
a = (x, y, z). Длина вектора a находится по формуле |
||||||||||||
a= x2 + y2 + z2 ;
4)A = (x1С, y1, z1 ); B = (x2 , y2 , z2 ) − две точки. Тогда координаты вектора AB равны (рис. 10): (z − z )).(y − y );AB = ((x − x );и
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
|
z |
|
|
|
B |
x |
0 |
y |
|
|
|
|
|
Рис. 10 |
10