Вектор как последовательность

Математика

Ве́ктор (математика)— в простейшем случае математический объект, характеризующийся величиной и направлением. Например, в геометрии и в естественных науках вектор есть направленный отрезок прямой в евклидовом пространстве (или на плоскости).

Примеры: радиус-вектор, скорость, момент силы. Если в пространстве задана система координат, то вектор однозначно задаётся набором своих координат. Поэтому в математике, информатике и других науках упорядоченный набор чисел часто тоже называют вектором. В более общем смысле вектор в математике рассматривается как элемент некоторого векторного (линейного) пространства.

Является одним из основополагающих понятий линейной алгебры. При использовании наиболее общего определения векторами оказываются практически все изучаемые в линейной алгебре объекты, в том числе матрицы, тензоры, однако, при наличии в окружающем контексте этих объектов, под вектором понимаются соответственно вектор-строка или вектор-столбец, тензор первого ранга. Свойства операций над векторами изучаются в векторном исчислении.

Обозначения

Вектор, представленный набором n элементов (компонент) a1, a2, …, an обозначают следующими способами:

Вектор как последовательность - student2.ru

Для того, чтобы подчеркнуть, что это вектор (а не скаляр), используют черту сверху, стрелочку сверху, жирный или готический шрифт:

Вектор как последовательность - student2.ru

Сложение векторов почти всегда обозначается знаком плюс:

Вектор как последовательность - student2.ru

Умножение на число — просто написанием рядом, без специального знака, например:

Вектор как последовательность - student2.ru

Причём число при этом обычно пишут слева.

Умножение на матрицу также обозначают написанием рядом, без специального знака, но здесь перестановка сомножителей в общем случае влияет на результат. Действие линейного оператора на вектор также обозначается написанием оператора слева, без специального знака.

В линейной алгебре

В линейной алгебре вектором называется элемент линейного пространства, что соответствует общему определению, приведённому ниже. Векторы могут иметь различную природу: направленные отрезки, матрицы, числа, функции и другие, однако все линейные пространства одной размерности изоморфны между собой.

Данным понятием вектора чаще всего пользуются при решении систем линейных алгебраических уравнений, а также при работе с линейными операторами (пример линейного оператора — оператор поворота). Часто это определение расширяют, определяя норму или скалярное произведение (возможно, и то и другое вместе), после чего оперируют уже с нормированными и евклидовыми пространствами, со скалярным произведением связывают понятие угла между векторами, а с нормой — понятие длины вектора. Многие математические объекты (например, матрицы, тензоры и т. д.), в том числе обладающие структурой более общей, чем конечный (а иногда даже и чем счётный) упорядоченный список, удовлетворяют аксиомам векторного пространства, то есть являются с точки зрения алгебры векторами.

В функциональном анализе

В функциональном анализе рассматриваются функциональные пространства — бесконечномерные линейные пространства. Их элементами могут являться функции. На основании такого представления функции выстроена теория рядов Фурье. Аналогично с линейной алгеброй часто вводят норму, скалярное произведение или метрику на пространстве функций. На понятии функции как элемента гильбертова пространства основываются некоторые методы решения дифференциальных уравнений, например метод конечных элементов.

Геометрия

Ве́ктор (геометрия) -направленный отрезок прямой, то есть отрезок, для которого указано, какая из его граничных точек является началом, а какая — концом.

Вектор с началом в точке A и концом в точке B принято обозначать как Вектор как последовательность - student2.ru . Векторы также могут обозначаться малыми латинскими буквами со стрелкой (иногда — чёрточкой) над ними, например Вектор как последовательность - student2.ru . Другой распространённый способ записи: выделение символа вектора жирным шрифтом: a.

Вектор в геометрии естественно сопоставляется переносу (параллельному переносу), что, очевидно, проясняет происхождение его названия (лат. vector, несущий). Действительно, каждый направленный отрезок однозначно определяет собой какой-то параллельный перенос плоскости или пространства: скажем, вектор Вектор как последовательность - student2.ru естественно определяет перенос, при котором точка A перейдет в точку, также и обратно, параллельный перенос, при котором A переходит в B, определяет собой единственный направленный отрезок Вектор как последовательность - student2.ru (единственный — если считать равными все направленные отрезки одинакового направления и длины — то есть рассматривать их как свободные векторы; действительно, при параллельном переносе все точки смещаются в одинаковом направлении на одинаковое расстояние, так что в таком понимании Вектор как последовательность - student2.ru .

Интерпретация вектора как переноса позволяет естественным и интуитивно очевидным способом ввести операцию сложения векторов — как композиции (последовательного применения) двух (или нескольких) переносов; то же касается и операции умножения вектора на число.

Основные понятия

Длиной вектора Вектор как последовательность - student2.ru называется длина отрезка AB, её обычно обозначают Вектор как последовательность - student2.ru . Роль нуля среди векторов играет нулевой вектор, у которого начало и конец совпадают; ему, в отличие от других векторов, не приписывается никакого направления.

Для координатного представления векторов большое значение имеет понятие проекции вектора на ось (направленную прямую, см. рисунок). Проекцией называется длина отрезка, образованного проекциями точек начала и конца вектора на заданную прямую, причём проекции приписывается знак плюс, если направление проекции соответствует направлению оси, иначе — знак минус. Проекция равна длине исходного вектора, умноженной на косинус угла между исходным вектором и осью; проекция вектора на перпендикулярную ему ось равна нулю.

Виды векторов

Иногда вместо того, чтобы рассматривать в качестве векторов множество всех направленных отрезков (рассматривая как различные все направленные отрезки, начала и концы которых не совпадают), берут только некоторую модификацию этого множества (фактормножество), то есть, некоторые направленные отрезки рассматривают как равные, если они имеют одинаковое направление и длину, хотя они могут иметь разное начало (и конец), то есть направленные отрезки одинаковой длины и направления считаются представляющими один и тот же вектор; таким образом, каждому вектору оказывается соответствующим целый класс направленных отрезков, одинаковых по длине и направлению, но различающихся началом (и концом).

Так, говорят о «свободных», «скользящих» и «фиксированных» векторах. Эти виды отличаются понятием равенства двух векторов.

· Говоря о свободных векторах, отождествляют любые векторы, имеющие одинаковое направление и длину;

· Говоря о скользящих векторах — добавляют, что начала равных скользящих векторов должны совпадать или лежать на одной прямой, на которой лежат изображающие эти векторы направленные отрезки (так что один может быть совмещен с другим перемещением в направлении, им же самим задаваемом);

· Говоря о фиксированных векторах — говорят, что равными считаются только векторы, у которых совпадают и направления, и начала (то есть в этом случае факторизации нет: нет двух фиксированных векторов с различными началами, которые считались бы равными).

Формально:

Говорят, что свободные векторы Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru равны, если найдутся точки E и F такие, что четырёхугольники ABFE и CDFE — параллелограммы.

Говорят, что скользящие векторы Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru равны, если

· Точки A,B,C,D располагаются на одной прямой,

· Векторы Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru равны между собой как свободные векторы.

Скользящие векторы особо употребимы в механике. Простейший пример скользящего вектора в механике — сила, действующая на твердое тело. Перенос начала вектора силы вдоль прямой, на которой он лежит, не меняет момента силы относительно любой точки; перенос же его на другую прямую, даже если не менять величины и направления вектора, может вызвать изменение его момента (даже почти всегда вызовет): поэтому при вычислении момента нельзя рассматривать силу как свободный вектор, то есть, нельзя её считать приложенной к произвольной точке твердого тела.

Говорят, что фиксированные векторы Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru равны, если попарно совпадают точки A и C, B и D.

Вектором в одном случае называется направленный отрезок, а в других случаях различные векторы — это разные классы эквивалентности направленных отрезков, определяемые неким конкретным отношением эквивалентности. Причем отношение эквивалентности может быть разным, определяя тип вектора («свободный», «фиксированный» итд). Проще говоря, внутри класса эквивалентности все входящие в него направленные отрезки рассматриваются как совершенно равные, и каждый может равно представлять весь класс.

Все операции над векторами (сложение, умножение на число, скалярное и векторное произведения, вычисление модуля или длины, угла между векторами и т. д.) в принципе определены одинаково для всех типов векторов, различие в типах сводится в этом отношении только к тому, что для скользящих и фиксированных наложено ограничение на возможность осуществления операций между двумя векторами, имеющими разное начало (так, для двух фиксированных векторов запрещено — или лишено смысла — сложение, если их начала отличаются; однако для всех случаев, когда эта операция разрешена — или имеет смысл — она такова же, как для свободных векторов). Поэтому часто тип вектора вообще явно не указывается, подразумевается, что он очевиден из контекста. Более того, один и тот же вектор в зависимости от контекста задачи может рассматриваться как фиксированный, скользящий или свободный, например, в механике векторы сил, приложенных к телу, могут суммироваться независимо от точки приложения при нахождении равнодействующей (и в статике, и в динамике при исследовании движения центра масс, изменения импульса и т. п.), но не могут складываться друг с другом без учета точек приложения при вычислении вращающего момента (также и в статике и в динамике).

Отношения между векторами

Два вектора называются коллинеарными, если они лежат на параллельных прямых, либо на одной прямой. Два вектора называются сонаправленными, если они коллинеарны и направлены в одну сторону, противоположно направленными, если коллинеарны и направлены в разные стороны. Есть и другое определение: два ненулевых вектора Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru называются коллинеарными, если существует некоторое число α такое, что Вектор как последовательность - student2.ru

Три вектора называются компланарными, если они, будучи приведенными к общему началу, лежат в одной плоскости.

Координатное представление

При работе с векторами часто вводят некоторую декартову систему координат и в ней определяют координаты вектора, раскладывая его по базисным векторам. Разложение по базису геометрически можно представить при помощи проекций вектора на координатные оси. Если известны координаты начала и конца вектора, координаты самого вектора получаются вычитанием из координат конца вектора координат его начала.

Вектор как последовательность - student2.ru

За базис часто выбирают координатные орты, обозначаемые Вектор как последовательность - student2.ru , соответственно осям x, y, z. Тогда вектор Вектор как последовательность - student2.ru можно записать как

Вектор как последовательность - student2.ru

Любое геометрическое свойство можно записать в координатах, после чего исследование из геометрического становится алгебраическим и при этом часто упрощается. Обратное, вообще говоря, не совсем верно: обычно принято говорить, что «геометрическое истолкование» имеют лишь те соотношения, которые выполняются в любой декартовой системе координат (инвариантные).

Операции над векторами

Модуль вектора

Модулем вектора Вектор как последовательность - student2.ru называется число, равное длине отрезка AB. Обозначается, как Вектор как последовательность - student2.ru . Через координаты вычисляется, как:

Вектор как последовательность - student2.ru

Сложение векторов

В координатном представлении вектор суммы получается суммированием соответствующих координат слагаемых:

Вектор как последовательность - student2.ru

Для геометрического построения вектора суммы Вектор как последовательность - student2.ru используют различные правила (методы), однако они все дают одинаковый результат. Использование того или иного правила обосновывается решаемой задачей.

Правило треугольника

Правило треугольника наиболее естественно следует из понимания вектора как переноса. Ясно, что результат последовательного применения двух переносов Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru некоторой точки будет тем же, что применение сразу одного переноса Вектор как последовательность - student2.ru , соответствующего этому правилу. Для сложения двух векторов Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru по правилу треугольника оба эти вектора переносятся параллельно самим себе так, чтобы начало одного из них совпадало с концом другого. Тогда вектор суммы задаётся третьей стороной образовавшегося треугольника, причём его начало совпадает с началом первого вектора, а конец с концом второго вектора.

Это правило прямо и естественно обобщается для сложения любого количества векторов, переходя в правило ломаной:

Правило многоугольника

Начало второго вектора совмещается с концом первого, начало третьего — с концом второго и так далее, сумма же n векторов есть вектор, с началом, совпадающим с началом первого, и концом, совпадающим с концом n-го (то есть изображается направленным отрезком, замыкающим ломаную). Так же называется правилом ломаной.

Правило параллелограмма

Для сложения двух векторов Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru по правилу параллелограмма оба эти векторы переносятся параллельно самим себе так, чтобы их начала совпадали. Тогда вектор суммы задаётся диагональю построенного на них параллелограмма, исходящей из их общего начала. (Легко видеть, что эта диагональ совпадает с третьей стороной треугольника при использовании правила треугольника).

Правило параллелограмма особенно удобно, когда есть потребность изобразить вектор суммы сразу же приложенным к той же точке, к которой приложены оба слагаемых — то есть изобразить все три вектора имеющими общее начало.

Модуль суммы векторов

Модуль суммы двух векторов можно вычислить, используя теорему косинусов:

Вектор как последовательность - student2.ru

Если векторы изображены в соответствии с правилом треугольника и берется угол по рисунку — между сторонами треугольника — что не совпадает с обычным определением угла между векторами, а значит и с углом в приведенной формуле, то последний член приобретает знак минус, что соответствует теореме косинусов в её прямой формулировке.

Для суммы произвольного количества векторов применима аналогичная формула, в которой членов с косинусом больше: по одному такому члену существует для каждой пары векторов из суммируемого набора. Например, для трех векторов формула выглядит так:

Вектор как последовательность - student2.ru

Вычитание векторов

Для получения разности в координатной форме надо вычесть соответствующие координаты векторов:

Вектор как последовательность - student2.ru

Для получения вектора разности Вектор как последовательность - student2.ru начала векторов соединяются и началом вектора Вектор как последовательность - student2.ru будет Вектор как последовательность - student2.ru , а концом — конец Вектор как последовательность - student2.ru . Если записать, используя точки векторов, то

Вектор как последовательность - student2.ru

Модуль разности векторов

Три вектора Вектор как последовательность - student2.ru , как и при сложении, образуют треугольник, и выражение для модуля разности получается аналогичным:

Вектор как последовательность - student2.ru

Отличие от формулы модуля суммы в знаке перед косинусом, при этом надо хорошо следить, какой именно угол берется (вариант формулы модуля суммы с углом между сторонами треугольника при суммировании по правилу треугольника по виду не отличается от данной формулы для модуля разности, но надо иметь в виду, что тут берутся разные углы: в случае суммы берётся угол, когда вектор Вектор как последовательность - student2.ru переносится к концу вектора Вектор как последовательность - student2.ru , когда же ищется модель разности, берётся угол между векторами, приложенными к одной точке; выражение для модуля суммы с использованием того же угла, что в данном выражении для модуля разности, отличается знаком перед косинусом).

Умножение вектора на число

Умножение вектора Вектор как последовательность - student2.ru на число α>0, даёт сонаправленный вектор с длиной в α раз больше.

Умножение вектора Вектор как последовательность - student2.ru на число α<0, даёт противоположно направленный вектор с длиной в α раз больше. Умножение вектора на число в координатной форме производится умножением всех координат на это число:

Вектор как последовательность - student2.ru

Исходя из определения получается выражение для модуля вектора, умноженного на число:

Вектор как последовательность - student2.ru

Аналогично как и числами, операции сложение вектора с самим с собой можно записать через умножение на число:

Вектор как последовательность - student2.ru

А вычитание векторов можно переписать через сложение и умножение:

Вектор как последовательность - student2.ru

Исходя из того, что умножение на − 1 не меняет длины вектора, а меняет только направление и учитывая определение вектора, получаем:

Вектор как последовательность - student2.ru

Скалярное произведение

Скаля́рное произведе́ние (иногда внутреннее произведение) — операция над двумя векторами, результатом которой является число (когда рассматриваются векторы, числа часто называют скалярами), не зависящее от системы координат и характеризующее длины векторов-сомножителей и угол между ними. Данной операции соответствует умножение длины вектора x на проекцию вектора y на вектор x. Эта операция обычно рассматривается как коммутативная и линейная по каждому сомножителю.

Обычно используется одно из следующих обозначений:

Вектор как последовательность - student2.ru ,

или (обозначение Дирака, часто применяемое в квантовой механике для векторов состояния):

Вектор как последовательность - student2.ru

Обычно предполагается, что скалярное произведение положительно определено, то есть

Вектор как последовательность - student2.ru

Определение

Скалярным произведением в векторном пространстве Вектор как последовательность - student2.ru над полем Вектор как последовательность - student2.ru комплексных (или Вектор как последовательность - student2.ru вещественных) чисел называется функция ⟨x, y⟩для элементов Вектор как последовательность - student2.ru ,принимающаязначенияв Вектор как последовательность - student2.ru (или Вектор как последовательность - student2.ru ), определенная для каждой пары элементов и удовлетворяющая следующим условиям:

1. для любых трех элементов x1 , x2 и y пространства Вектор как последовательность - student2.ru и любых чисел α, β из C (или R ) справедливо равенство ⟨αx1+βx2, y⟩ = α ⟨x1,y⟩+β⟨x2, y⟩ (линейность скалярного произведения по первому аргументу);

2. для любых x и y справедливо равенство Вектор как последовательность - student2.ru , где черта означает комплексное сопряжение (эрмитова симметричность);

3. для любого x имеем ⟨x,x⟩ ≥ 0, причем ⟨x, x⟩ = 0 только при x = 0 (положительная определенность скалярного произведения).

Заметим, что из п.2 определения следует, что Вектор как последовательность - student2.ru . Поэтому п.3 имеет смысл, несмотря на комплексные (в общем случае) значения скалярного произведения.

Геометрическое определение

Если определения длины вектора и угла между векторами введены независимым образом до введения понятия скалярного произведения (как правило, так и поступают при изложении классической геометрии), то скалярное произведение определяется через длины сомножителей и угол между ними:

Вектор как последовательность - student2.ru

Здесь для вычисления косинуса берётся угол между векторами, который определяется как величина угла, образованного векторами, если приложить их к одной точке (совместить их начала).

Это выражение можно переписать через координаты (здесь формула для трехмерного пространства):

Вектор как последовательность - student2.ru

Скалярным квадратом вектора называется его скалярное произведение само на себя и может быть вычислено через модуль вектора:

Вектор как последовательность - student2.ru

Свойства

· теорема косинусов легко выводится с использованием скалярного произведения:

Вектор как последовательность - student2.ru

· Угол между векторами:

Вектор как последовательность - student2.ru

· Оценка угла между векторами:

в формуле Вектор как последовательность - student2.ru знак определяется только косинусом угла (нормы векторов всегда положительны). Поэтому скалярное произведение > 0, если угол между векторами острый, и < 0, если угол между векторами тупой.

· Проекция вектора a на направление, определяемое единичным вектором e:

Вектор как последовательность - student2.ru

· условие ортогональности (перпендикулярности) векторов a и b:

Вектор как последовательность - student2.ru

· Площадь параллелограмма, натянутого на два вектора a и b, равна

Вектор как последовательность - student2.ru

Неравенство Коши — Буняковского

Для любых элементов x и y линейного пространства со скалярным произведением выполняется неравенство

Вектор как последовательность - student2.ru

Определение

Векторным произведением вектора Вектор как последовательность - student2.ru на вектор Вектор как последовательность - student2.ru в трёхмерном евклидовом пространстве называется вектор Вектор как последовательность - student2.ru , удовлетворяющий следующим требованиям:

· длина вектора Вектор как последовательность - student2.ru равна произведению длин векторов Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru на синус угла между ними (т.е. площади параллелограмма, образованного векторами Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru ;

· вектор Вектор как последовательность - student2.ru ортогонален каждому из векторов Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru ;

· вектор Вектор как последовательность - student2.ru направлен так, что тройка векторов Вектор как последовательность - student2.ru , Вектор как последовательность - student2.ru , Вектор как последовательность - student2.ru является правой.

Обозначения:

Вектор как последовательность - student2.ru

Замечания

В качестве определения можно использовать описанное далее выражение векторного произведения в координатах в правой (или левой) прямоугольной системе координат.

Также в качестве исходного определения может быть взят набор алгебраических свойств векторного произведения.

Свойства

Выражение в координатах

Свойства

· Смешанное произведение кососимметрично по отношению ко всем своим аргументам:

Вектор как последовательность - student2.ru

т. е. перестановка любых двух сомножителей меняет знак произведения. Отсюда следует, что

Вектор как последовательность - student2.ru

· Смешанное произведение (a, b, c ) в правой декартовой системе координат (в ортонормированном базисе) равно определителю матрицы, составленной из векторов a , b и c:

Вектор как последовательность - student2.ru

· Смешанное произведение (a, b, c ) в левой декартовой системе координат (в ортонормированном базисе) равно определителю матрицы, составленной из векторов a , b и c, взятому со знаком «минус»:

Вектор как последовательность - student2.ru

В частности,

· Если какие-то два вектора коллинеарны, то с любым третьим вектором они образуют смешанное произведение, равное нулю.

· Если три вектора линейно зависимы (т. е. компланарны, лежат в одной плоскости), то их смешанное произведение равно нулю.

· Геометрический смысл — Смешанное произведение ( a , b , c ) по абсолютному значению равно объёму параллелепипеда (см. рисунок), образованного векторами a, b и c; знак зависит от того, является ли эта тройка векторов правой или левой.

· Квадрат смешанного произведения векторов равен определителю Грама, определяемому ими.

· Смешанное произведение удобно записывается с помощью символа (тензора) Леви-Чивита:

Вектор как последовательность - student2.ru

(в последней формуле в ортонормированном базисе все индексы можно писать нижними; в этом случае эта формула совершенно прямо повторяет формулу с определителем, правда, при этом автоматически получается множитель (-1) для левых базисов).

Математика

Ве́ктор (математика)— в простейшем случае математический объект, характеризующийся величиной и направлением. Например, в геометрии и в естественных науках вектор есть направленный отрезок прямой в евклидовом пространстве (или на плоскости).

Примеры: радиус-вектор, скорость, момент силы. Если в пространстве задана система координат, то вектор однозначно задаётся набором своих координат. Поэтому в математике, информатике и других науках упорядоченный набор чисел часто тоже называют вектором. В более общем смысле вектор в математике рассматривается как элемент некоторого векторного (линейного) пространства.

Является одним из основополагающих понятий линейной алгебры. При использовании наиболее общего определения векторами оказываются практически все изучаемые в линейной алгебре объекты, в том числе матрицы, тензоры, однако, при наличии в окружающем контексте этих объектов, под вектором понимаются соответственно вектор-строка или вектор-столбец, тензор первого ранга. Свойства операций над векторами изучаются в векторном исчислении.

Обозначения

Вектор, представленный набором n элементов (компонент) a1, a2, …, an обозначают следующими способами:

Вектор как последовательность - student2.ru

Для того, чтобы подчеркнуть, что это вектор (а не скаляр), используют черту сверху, стрелочку сверху, жирный или готический шрифт:

Вектор как последовательность - student2.ru

Сложение векторов почти всегда обозначается знаком плюс:

Вектор как последовательность - student2.ru

Умножение на число — просто написанием рядом, без специального знака, например:

Вектор как последовательность - student2.ru

Причём число при этом обычно пишут слева.

Умножение на матрицу также обозначают написанием рядом, без специального знака, но здесь перестановка сомножителей в общем случае влияет на результат. Действие линейного оператора на вектор также обозначается написанием оператора слева, без специального знака.

В линейной алгебре

В линейной алгебре вектором называется элемент линейного пространства, что соответствует общему определению, приведённому ниже. Векторы могут иметь различную природу: направленные отрезки, матрицы, числа, функции и другие, однако все линейные пространства одной размерности изоморфны между собой.

Данным понятием вектора чаще всего пользуются при решении систем линейных алгебраических уравнений, а также при работе с линейными операторами (пример линейного оператора — оператор поворота). Часто это определение расширяют, определяя норму или скалярное произведение (возможно, и то и другое вместе), после чего оперируют уже с нормированными и евклидовыми пространствами, со скалярным произведением связывают понятие угла между векторами, а с нормой — понятие длины вектора. Многие математические объекты (например, матрицы, тензоры и т. д.), в том числе обладающие структурой более общей, чем конечный (а иногда даже и чем счётный) упорядоченный список, удовлетворяют аксиомам векторного пространства, то есть являются с точки зрения алгебры векторами.

В функциональном анализе

В функциональном анализе рассматриваются функциональные пространства — бесконечномерные линейные пространства. Их элементами могут являться функции. На основании такого представления функции выстроена теория рядов Фурье. Аналогично с линейной алгеброй часто вводят норму, скалярное произведение или метрику на пространстве функций. На понятии функции как элемента гильбертова пространства основываются некоторые методы решения дифференциальных уравнений, например метод конечных элементов.

Вектор как последовательность

Вектор — (последовательность, кортеж) однородных элементов. Это наиболее общее определение в том смысле, что может быть не задано обычных векторных операций вообще, их может быть меньше, или они могут не удовлетворять обычным аксиомам линейного пространства. Именно в таком виде вектор понимается в программировании, где, как правило, обозначается именем-идентификатором с квадратными скобками (например, object[]). Перечень свойств моделирует принятое в теории систем определение класса и состояния объекта. Так типы элементов вектора определяют класс объекта, а значения элементов — его состояние. Впрочем, вероятно, это употребление термина уже выходит за рамки обычно принятого в алгебре, да и в математике вообще.

Геометрия

Ве́ктор (геометрия) -направленный отрезок прямой, то есть отрезок, для которого указано, какая из его граничных точек является началом, а какая — концом.

Вектор с началом в точке A и концом в точке B принято обозначать как Вектор как последовательность - student2.ru . Векторы также могут обозначаться малыми латинскими буквами со стрелкой (иногда — чёрточкой) над ними, например Вектор как последовательность - student2.ru . Другой распространённый способ записи: выделение символа вектора жирным шрифтом: a.

Вектор в геометрии естественно сопоставляется переносу (параллельному переносу), что, очевидно, проясняет происхождение его названия (лат. vector, несущий). Действительно, каждый направленный отрезок однозначно определяет собой какой-то параллельный перенос плоскости или пространства: скажем, вектор Вектор как последовательность - student2.ru естественно определяет перенос, при котором точка A перейдет в точку, также и обратно, параллельный перенос, при котором A переходит в B, определяет собой единственный направленный отрезок Вектор как последовательность - student2.ru (единственный — если считать равными все направленные отрезки одинакового направления и длины — то есть рассматривать их как свободные векторы; действительно, при параллельном переносе все точки смещаются в одинаковом направлении на одинаковое расстояние, так что в таком понимании Вектор как последовательность - student2.ru .

Интерпретация вектора как переноса позволяет естественным и интуитивно очевидным способом ввести операцию сложения векторов — как композиции (последовательного применения) двух (или нескольких) переносов; то же касается и операции умножения вектора на число.

Основные понятия

Длиной вектора Вектор как последовательность - student2.ru называется длина отрезка AB, её обычно обозначают Вектор как последовательность - student2.ru . Роль нуля среди векторов играет нулевой вектор, у которого начало и конец совпадают; ему, в отличие от других векторов, не приписывается никакого направления.

Для координатного представления векторов большое значение имеет понятие проекции вектора на ось (направленную прямую, см. рисунок). Проекцией называется длина отрезка, образованного проекциями точек начала и конца вектора на заданную прямую, причём проекции приписывается знак плюс, если направление проекции соответствует направлению оси, иначе — знак минус. Проекция равна длине исходного вектора, умноженной на косинус угла между исходным вектором и осью; проекция вектора на перпендикулярную ему ось равна нулю.

Виды векторов

Иногда вместо того, чтобы рассматривать в качестве векторов множество всех направленных отрезков (рассматривая как различные все направленные отрезки, начала и концы которых не совпадают), берут только некоторую модификацию этого множества (фактормножество), то есть, некоторые направленные отрезки рассматривают как равные, если они имеют одинаковое направление и длину, хотя они могут иметь разное начало (и конец), то есть направленные отрезки одинаковой длины и направления считаются представляющими один и тот же вектор; таким образом, каждому вектору оказывается соответствующим целый класс направленных отрезков, одинаковых по длине и направлению, но различающихся началом (и концом).

Так, говорят о «свободных», «скользящих» и «фиксированных» векторах. Эти виды отличаются понятием равенства двух векторов.

· Говоря о свободных векторах, отождествляют любые векторы, имеющие одинаковое направление и длину;

· Говоря о скользящих векторах — добавляют, что начала равных скользящих векторов должны совпадать или лежать на одной прямой, на которой лежат изображающие эти векторы направленные отрезки (так что один может быть совмещен с другим перемещением в направлении, им же самим задаваемом);

· Говоря о фиксированных векторах — говорят, что равными считаются только векторы, у которых совпадают и направления, и начала (то есть в этом случае факторизации нет: нет двух фиксированных векторов с различными началами, которые считались бы равными).

Формально:

Говорят, что свободные векторы Вектор как последовательность - student2.ru и Вектор как последовательность - student2.ru равны, если найдутся точки E и F такие, что четырёхугольники ABFE и CDFE — параллелограммы.

Говорят, что скользящие векторы