Выполнение действий с векторами через их координаты

В координатной форме записи удобно выполнять любые действия с векторами.

Чтобы умножить вектор на число, нужно все его координаты умножить на это число:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Чтобы найти сумму или разность векторов, нужно сложить или вычесть соответствующие координаты.

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ; Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ;

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ; Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Используя свойства скалярного произведения, а также тот факт, что базисные вектора взаимно ортогональны, можно получить формулу для вычисления скалярного произведения векторов, заданных своими координатами:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ; Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ;

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Скалярное произведение векторов равно сумме произведений соответствующих координат.

Формула для вычисления угла между векторами:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Учитывая свойства векторного произведения и взаимную перпендикулярность базисных векторов, можно получить способ определения координат векторного произведения через координаты входящих в него векторов Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru и Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ; Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ;

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Формулы для вычисления координат векторного произведения легче запоминаются, если представить его в виде определителя, составленного из базисных векторов и координат векторов Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru и Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru , разложенного по элементам первой строки:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Смешанное произведение легко вычисляется, если вектора Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru заданы своими координатами:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Смешанное произведение равно определителю, составленному из координат векторов, входящих в смешанное произведение.

Пример решения контрольной работы №2

Задание 1

Дано: Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru . Для векторов Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru и Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru найти скалярное произведение и модуль векторного произведения.

Решение

Используя свойства и определение скалярного произведения, найдём:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Используя свойства векторного произведения векторов и определение его модуля, найдём:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Задание 2

Дан тетраэдр с вершинами в точках

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Найти: 1) внутренние углы в основании Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru (с точностью до десятых долей градуса), сделать проверку;

2) объём пирамиды, площадь основания Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru и длину высоты, проведённой из вершины Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Решение

1) Внутренние углы в основании Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru можно найти как углы между векторами, выходящими из соответствующих вершин:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru , Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru , Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Как изложено в теоретическом материале, координаты вектора равны разности координат конца и начала вектора, его длина равна корню квадратному из суммы квадратов его координат. Тогда:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Подставим координаты векторов и их длины в формулы для нахождения косинусов углов:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ;

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ;

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Проверка: Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

С учётом проведённых округлений нахождение углов можно признать правильным.

2) Как показано в теоретическом материале данного раздела, объём треугольной пирамиды можно найти как 1/6 модуля смешанного произведения векторов, на которых она построена:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Найдём смешанное произведение векторов, учитывая координаты вектора Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru :

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Тогда Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Площадь треугольника, являющегося основанием Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru , можно найти как половину модуля векторного произведения векторов, которые образуют данный треугольник:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Найдём векторное произведение:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

Тогда площадь основания Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Высоту пирамиды из вершины Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru найдём, используя формулу:

Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

В данном случае Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru и высота Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Ответ: 1) Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru

2) Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ; Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru ; Выполнение действий с векторами через их координаты - student2.ru .

Наши рекомендации