Vektorski produkt vektora i j k. Vektorski produkt vektora zadanih koordinatama

Prije davanja pojma vektorskog produkta, okrenimo se pitanju orijentacije uređene trojke vektora a → , b → , c → u trodimenzionalnom prostoru.

Za početak odvojimo vektore a → , b → , c → iz jedne točke. Orijentacija trojke a → , b → , c → je desna ili lijeva, ovisno o smjeru vektora c → . Iz smjera u kojem je napravljen najkraći zavoj od vektora a → do b → od kraja vektora c → odredit će se oblik trojke a → , b → , c →.

Ako je najkraća rotacija u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, tada se trojka vektora a → , b → , c → naziva pravo ako u smjeru kazaljke na satu - lijevo.

Zatim uzmite dva nekolinearna vektora a → i b → . Odložimo zatim vektore A B → = a → i A C → = b → iz točke A. Konstruirajmo vektor A D → = c → , koji je istovremeno okomit na A B → i A C → . Dakle, kada konstruiramo vektor A D → = c →, možemo učiniti dvije stvari, dajući mu jedan ili suprotan smjer (vidi sliku).

Uređeni trio vektora a → , b → , c → može biti, kako smo saznali, desni ili lijevi ovisno o smjeru vektora.

Iz navedenog možemo uvesti definiciju vektorskog produkta. Ova definicija dana je za dva vektora definirana u pravokutnom koordinatnom sustavu trodimenzionalnog prostora.

Definicija 1

Vektorski produkt dvaju vektora a → i b → nazvat ćemo takav vektor zadan u pravokutnom koordinatnom sustavu trodimenzionalnog prostora tako da je:

• ako su vektori a → i b → kolinearni, bit će nula;
• bit će okomit na vektor a →​​ i na vektor b → tj. ∠ a → c → = ∠ b → c → = π 2 ;
• duljina mu je određena formulom: c → = a → b → sin ∠ a → , b → ;
• trojka vektora a → , b → , c → ima istu orijentaciju kao zadani koordinatni sustav.

vektorski proizvod vektora a → i b → ima sljedeću oznaku: a → × b → .

Koordinate križnih proizvoda

Budući da svaki vektor ima određene koordinate u koordinatnom sustavu, moguće je uvesti drugu definiciju vektorskog proizvoda, koja će vam omogućiti da pronađete njegove koordinate iz zadanih koordinata vektora.

Definicija 2

U pravokutnom koordinatnom sustavu trodimenzionalnog prostora vektorski produkt dva vektora a → = (a x ; a y ; a z) i b → = (b x ; b y ; b z) nazovimo vektor c → = a → × b → = (a y b z - a z b y) i → + (a z b x - a x b z) j → + (a x b y - a y b x) k → , gdje su i → , j → , k → koordinatni vektori.

Vektorski umnožak može se prikazati kao determinanta kvadratne matrice trećeg reda, gdje su prvi red orta vektori i → , j → , k → , drugi red sadrži koordinate vektora a → , a treći je koordinate vektora b → u zadanom pravokutnom koordinatnom sustavu ova determinanta matrice izgleda ovako: c → = a → × b → = i → j → k → a x a y a z b x b y b z

Proširujući ovu determinantu na elemente prvog retka, dobivamo jednakost: c → = a → × b → = i → j → k → a x a y a z b x b y b z = a y a z b y b z i → - a x a z b x b z j → + a x a y b x b y k → = = a → × b → = ( a y b z - a z b y) i → + (a z b x - a x b z) j → + (a x b y - a y b x) k →

Svojstva unakrsnog proizvoda

Poznato je da se vektorski umnožak u koordinatama predstavlja kao determinanta matrice c → = a → × b → = i → j → k → a x a y a z b x b y b z , tada na bazi svojstva determinante matrice sljedeće svojstva vektorskog proizvoda:

1. antikomutativnost a → × b → = - b → × a → ;
2. distributivnost a (1) → + a (2) → × b = a (1) → × b → + a (2) → × b → ili a → × b (1) → + b (2) → = a → × b (1) → + a → × b (2) → ;
3. asocijativnost λ a → × b → = λ a → × b → ili a → × (λ b →) = λ a → × b → , gdje je λ proizvoljan realan broj.

Ova svojstva nemaju komplicirane dokaze.

Na primjer, možemo dokazati svojstvo antikomutativnosti vektorskog produkta.

Dokaz antikomutativnosti

Po definiciji, a → × b → = i → j → k → a x a y a z b x b y b z i b → × a → = i → j → k → b x b y b z a x a y a z . A ako se dva retka matrice zamijene, tada bi se vrijednost determinante matrice trebala promijeniti u suprotnu, dakle, a → × b → = i → j → k → a x a y a z b x b y b z = - i → j → k → b x b y b z a x a y a z = - b → × a → , što i dokazuje antikomutativnost vektorskog produkta.

Vektorski proizvod - primjeri i rješenja

U većini slučajeva postoje tri vrste zadataka.

U zadacima prvog tipa obično su zadane duljine dvaju vektora i kut između njih, ali je potrebno pronaći duljinu umnoška. U ovom slučaju upotrijebite sljedeću formulu c → = a → b → sin ∠ a → , b → .

Primjer 1

Odredite duljinu umnoška vektora a → i b → ako je poznato a → = 3 , b → = 5 , ∠ a → , b → = π 4.

Riješenje

Koristeći definiciju duljine vektorskog umnoška vektora a → i b →, rješavamo ovaj problem: a → × b → = a → b → sin ∠ a → , b → = 3 5 sin π 4 = 15 2 2 .

Odgovor: 15 2 2 .

Zadaci drugog tipa imaju vezu s koordinatama vektora, sadrže vektorski produkt, njegovu duljinu itd. pretražuju se kroz poznate koordinate zadanih vektora a → = (a x; a y; a z) I b → = (b x ; b y ; b z) .

Za ovu vrstu zadataka možete riješiti puno opcija za zadatke. Na primjer, ne koordinate vektora a → i b → , već njihova proširenja u koordinatne vektore oblika b → = b x i → + b y j → + b z k → i c → = a → × b → = (a y b z - a z b y) i → + (a z b x - a x b z) j → + (a x b y - a y b x) k → , ili se vektori a → i b → mogu dati koordinatama svojih početne i krajnje točke.

Razmotrite sljedeće primjere.

Primjer 2

U pravokutnom koordinatnom sustavu postavljena su dva vektora a → = (2 ; 1 ; - 3) , b → = (0 ; - 1 ; 1) . Pronađite njihov vektorski umnožak.

Riješenje

Prema drugoj definiciji nalazimo vektorski umnožak dvaju vektora u zadanim koordinatama: a → × b → = (a y b z - a z b y) i → + (a z b x - a x b z) j → + (a x b y - a y b x) k → = = (1 1 - (- 3) (- 1)) i → + ((- 3) 0 - 2 1) j → + (2 (- 1) - 1 0) k → = = - 2 i → - 2 j → - 2 k → .

Ako križni umnožak napišemo u terminima determinante matrice, tada je rješenje ovaj primjer izgleda ovako: a → × b → = i → j → k → a x a y a z b x b y b z = i → j → k → 2 1 - 3 0 - 1 1 = - 2 i → - 2 j → - 2 k → .

Odgovor: a → × b → = - 2 i → - 2 j → - 2 k → .

Primjer 3

Odredite duljinu umnoška vektora i → - j → i i → + j → + k → , gdje su i → , j → , k → - orti pravokutnog Kartezijevog koordinatnog sustava.

Riješenje

Najprije pronađimo koordinate zadanog vektorskog umnoška i → - j → × i → + j → + k → u zadanom pravokutnom koordinatnom sustavu.

Poznato je da vektori i → - j → i i → + j → + k → imaju koordinate (1 ; - 1 ; 0) odnosno (1 ; 1 ; 1). Nađite duljinu vektorskog umnoška pomoću determinante matrice, tada imamo i → - j → × i → + j → + k → = i → j → k → 1 - 1 0 1 1 1 = - i → - j → + 2 k → .

Stoga vektorski produkt i → - j → × i → + j → + k → ima koordinate (- 1 ; - 1 ; 2) u zadanom koordinatnom sustavu.

Duljinu vektorskog umnoška nalazimo po formuli (pogledajte odjeljak o pronalaženju duljine vektora): i → - j → × i → + j → + k → = - 1 2 + - 1 2 + 2 2 = 6 .

Odgovor: i → - j → × i → + j → + k → = 6 . .

Primjer 4

Koordinate triju točaka A (1 , 0 , 1) , B (0 , 2 , 3) ​​​​, C (1 , 4 , 2) dane su u pravokutnom Kartezijevom koordinatnom sustavu. Pronađite neki vektor okomit na A B → i A C → istodobno.

Riješenje

Vektori A B → i A C → imaju sljedeće koordinate (- 1 ; 2 ; 2) odnosno (0 ; 4 ; 1). Nakon što smo pronašli vektorski umnožak vektora A B → i A C → , očito je da je on po definiciji okomit vektor na A B → i A C → , odnosno da je to rješenje našeg problema. Nađi A B → × A C → = i → j → k → - 1 2 2 0 4 1 = - 6 i → + j → - 4 k → .

Odgovor: - 6 i → + j → - 4 k → . je jedan od okomitih vektora.

Problemi treće vrste usmjereni su na korištenje svojstava vektorskog umnoška vektora. Nakon čije primjene ćemo dobiti rješenje zadanog problema.

Primjer 5

Vektori a → i b → okomiti su i duljine su im 3 odnosno 4. Odredite duljinu umnoška 3 a → - b → × a → - 2 b → = 3 a → × a → - 2 b → + - b → × a → - 2 b → = = 3 a → × a → + 3 a → × - 2 b → + - b → × a → + - b → × - 2 b → .

Riješenje

Svojstvom distributivnosti vektorskog produkta možemo pisati 3 a → - b → × a → - 2 b → = 3 a → × a → - 2 b → + - b → × a → - 2 b → = = 3 a → × a → + 3 a → × - 2 b → + - b → × a → + - b → × - 2 b →

Svojstvom asocijativnosti izbacujemo numeričke koeficijente iza predznaka vektorskih produkata u zadnjem izrazu: 3 a → × a → + 3 a → × - 2 b → + - b → × a → + - b → × - 2 b → = = 3 a → × a → + 3 (- 2) a → × b → + (- 1) b → × a → + (- 1) (- 2) b → × b → = = 3 a → × a → - 6 a → × b → - b → × a → + 2 b → × b →

Vektorski produkti a → × a → i b → × b → jednaki su 0, budući da je a → × a → = a → a → sin 0 = 0 i b → × b → = b → b → sin 0 = 0 , tada je 3 a → × a → - 6 a → × b → - b → × a → + 2 b → × b → = - 6 a → × b → - b → × a → . .

Iz antikomutativnosti vektorskog produkta slijedi - 6 a → × b → - b → × a → = - 6 a → × b → - (- 1) a → × b → = - 5 a → × b → . .

Koristeći svojstva vektorskog umnoška, ​​dobivamo jednakost 3 · a → - b → × a → - 2 · b → = = - 5 · a → × b → .

Prema uvjetu, vektori a → i b → su okomiti, odnosno kut između njih je jednak π 2 . Sada ostaje samo zamijeniti pronađene vrijednosti u odgovarajuće formule: 3 a → - b → × a → - 2 b → = - 5 a → × b → = = 5 a → × b → = 5 a → b → sin (a →, b →) = 5 3 4 sin π 2 = 60.

Odgovor: 3 a → - b → × a → - 2 b → = 60 .

Duljina umnoška vektora po definiciji je a → × b → = a → · b → · sin ∠ a → , b → . Budući da je već poznato (iz školskog tečaja) da je površina trokuta jednaka polovici umnoška duljina njegovih dviju strana pomnoženih sa sinusom kuta između tih strana. Dakle, duljina vektorskog produkta jednaka je površini paralelograma - dvostrukog trokuta, odnosno produkta stranica u obliku vektora a → i b → , odloženih iz jedne točke, sinusom kuta između njih sin ∠ a → , b → .

Ovo je geometrijsko značenje vektorskog produkta.

Fizičko značenje vektorskog produkta

U mehanici, jednoj od grana fizike, zahvaljujući vektorskom proizvodu, možete odrediti moment sile u odnosu na točku u prostoru.

Definicija 3

Pod momentom sile F → , primijenjenom na točku B , u odnosu na točku A razumjet ćemo sljedeći vektorski produkt A B → × F → .

Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter

The online kalkulator izračunava umnožak vektora. Dano je detaljno rješenje. Da biste izračunali umnožak vektora, unesite koordinate vektora u ćelije i kliknite na "Izračunaj".

×

Upozorenje

Očistiti sve ćelije?

Zatvori Clear

Uputa za unos podataka. Brojevi se unose kao cijeli brojevi (primjeri: 487, 5, -7623 itd.), decimalni brojevi (npr. 67., 102,54 itd.) ili razlomci. Razlomak mora biti upisan u obliku a/b, gdje su a i b (b>0) cijeli ili decimalni brojevi. Primjeri 45/5, 6,6/76,4, -7/6,7 itd.

Umnožak vektora

Prije nego što prijeđemo na definiciju vektorskog produkta vektora, razmotrite koncepte uređena trojka vektora, lijeva trojka vektora, desna trojka vektora.

Definicija 1. Tri vektora se nazivaju naručeno trostruko(ili trostruki) ako je naznačeno koji je od ovih vektora prvi, koji je drugi, a koji treći.

Snimanje cba- znači - prvi je vektor c, drugi je vektor b a treći je vektor a.

Definicija 2. Trojka nekoplanarnih vektora abc nazivamo desnim (lijevim) ako su, kada se svedu na zajednički početak, ovi vektori raspoređeni tako da su redom veliki, nesavijeni indeks i srednji prsti desna (lijeva) ruka.

Definicija 2 može se formulirati i na drugi način.

Definicija 2. Trojka nekoplanarnih vektora abc nazivamo desnim (lijevim) ako, kada se svede na zajedničko ishodište, vektor c koji se nalazi s druge strane ravnine definirane vektorima a I b, odakle je najkraći zavoj a Do b izvedeno suprotno (u smjeru kazaljke na satu).

Vektorski trio abc prikazano na sl. 1 je pravo i trostruko abc prikazano na sl. 2 je lijevo.

Ako su dvije trojke vektora desne ili lijeve, tada se kaže da imaju istu orijentaciju. Inače se kaže da su suprotne orijentacije.

Definicija 3. Kartezijanski ili afini koordinatni sustav nazivamo desnim (lijevim) ako tri bazna vektora tvore desnu (lijevu) trojku.

Definicije radi, u nastavku ćemo razmatrati samo desne koordinatne sustave.

Definicija 4. vektorska umjetnost vektor a po vektoru b nazvan vektor S, označen simbolom c=[ab] (ili c=[a,b], ili c=a×b) i zadovoljavaju sljedeća tri zahtjeva:

• duljina vektora S jednaka je umnošku duljina vektora a I b na sinus kuta φ između njih:

|c|=|[ab]|=|a||b|grijehφ;

(1)

• vektor S ortogonalno na svaki od vektora a I b;
• vektor c usmjerena tako da tri abc ispravno je.

Umnožak vektora ima sljedeća svojstva:

• [ab]=−[ba] (antipermutabilnost faktori);
• [(λa)b]=λ [ab] (kompatibilnost u odnosu na numerički faktor);
• [(a+b)c]=[ac]+[bc] (distribucija u odnosu na zbroj vektora);
• [aa]=0 za bilo koji vektor a.

Geometrijska svojstva umnoška vektora

Teorem 1. Da bi dva vektora bila kolinearna, potrebno je i dovoljno da njihov vektorski produkt bude jednak nuli.

Dokaz. Nužnost. Neka vektori a I b kolinearni. Tada je kut između njih 0 ili 180° i grijehφ=grijeh180=grijeh 0=0. Dakle, uzimajući u obzir izraz (1), duljina vektora c jednaka nuli. Zatim c nulti vektor.

Adekvatnost. Neka je umnožak vektora a I b navigacija do nule: [ ab]=0. Dokažimo da vektori a I b kolinearni. Ako je barem jedan od vektora a I b nula, onda su ti vektori kolinearni (jer nulti vektor ima neodređen smjer i može se smatrati kolinearnim bilo kojem vektoru).

Ako oba vektora a I b različit od nule, tada | a|>0, |b|>0. Zatim od [ ab]=0 i iz (1) slijedi da je grijehφ=0. Stoga vektori a I b kolinearni.

Teorem je dokazan.

Teorem 2. Duljina (modul) vektorskog produkta [ ab] jednako površini S paralelogram izgrađen na vektorima svedenim na zajedničko ishodište a I b.

Dokaz. Kao što znate, površina paralelograma jednaka je proizvodu susjednih strana ovog paralelograma i sinusa kuta između njih. Stoga:

Tada umnožak ovih vektora ima oblik:

Proširujući determinantu preko elemenata prvog reda, dobivamo dekompoziciju vektora a×b osnova ja, j, k, što je ekvivalentno formuli (3).

Dokaz teorema 3. Sastavite sve moguće parove baznih vektora ja, j, k i izračunati njihov vektorski produkt. Treba uzeti u obzir da su bazni vektori međusobno ortogonalni, čine pravu trojku i imaju jediničnu duljinu (drugim riječima, možemo pretpostaviti da ja={1, 0, 0}, j={0, 1, 0}, k=(0, 0, 1)). Zatim imamo:

Iz posljednje jednakosti i relacije (4) dobivamo:

Sastavite matricu 3×3, čiji su prvi redovi bazni vektori ja, j, k, a preostali redovi popunjavaju se elementima vektora a I b:

Dakle, rezultat umnoška vektora a I b bit će vektor:

.

Primjer 2. Pronađite umnožak vektora [ ab], gdje je vektor a predstavljena s dvije točke. Početna točka vektora a: , krajnja točka vektora a: , vektor b ima oblik .

Rješenje: Pomaknite prvi vektor u ishodište. Da biste to učinili, od odgovarajućih koordinata krajnje točke oduzmite koordinate početne točke:

Determinantu ove matrice izračunavamo tako da je proširimo u prvom redu. Kao rezultat ovih izračuna dobivamo vektorski produkt vektora a I b.

vektorski proizvod je pseudovektor okomit na ravninu konstruiran od dva faktora, koji je rezultat binarne operacije "množenje vektora" na vektore u trodimenzionalnom euklidskom prostoru. Vektorski umnožak nema svojstva komutativnosti i asocijativnosti (on je antikomutativan) te je za razliku od skalarnog umnoška vektora vektor. Široko se koristi u mnogim tehničkim i fizičkim primjenama. Na primjer, kutni moment i Lorentzova sila matematički se zapisuju kao umnožak. Križni produkt koristan je za "mjerenje" okomitosti vektora - modul križnog produkta dvaju vektora jednak je produktu njihovih modula ako su okomiti, a smanjuje se na nulu ako su vektori paralelni ili antiparalelni.

Možete definirati vektorski umnožak na različite načine, a teoretski, u prostoru bilo koje dimenzije n, možete izračunati umnožak n-1 vektora, dok dobivate jedan vektor okomit na sve njih. Ali ako je produkt ograničen na netrivijalne binarne produkte s vektorskim rezultatima, tada je tradicionalni vektorski produkt definiran samo u trodimenzionalnim i sedmodimenzionalnim prostorima. Rezultat vektorskog umnoška, ​​poput skalarnog umnoška, ​​ovisi o metrici Euklidskog prostora.

Za razliku od formule za izračunavanje skalarnog umnoška iz koordinata vektora u trodimenzionalnom pravokutnom koordinatnom sustavu, formula za vektorski umnožak ovisi o orijentaciji pravokutnog koordinatnog sustava, odnosno, drugim riječima, njegovoj “kiralnosti”.

Definicija:
Vektorski produkt vektora a i vektora b u prostoru R3 naziva se vektor c koji zadovoljava sljedeće zahtjeve:
duljina vektora c jednaka je umnošku duljina vektora a i b i sinusa kuta φ između njih:
|c|=|a||b|sin φ;
vektor c je okomit na svaki od vektora a i b;
vektor c je usmjeren tako da je trojka vektora abc prava;
u slučaju prostora R7 traži se asocijativnost trojke vektora a,b,c.
Oznaka:
c===a×b

Riža. 1. Površina paralelograma jednaka je modulu križnog proizvoda

Geometrijska svojstva umnoška:
Nužan i dovoljan uvjet za kolinearnost dva vektora različita od nule je jednakost njihovog vektorskog umnoška nuli.

Modul više proizvoda jednaka površini S paralelogram izgrađen na vektorima svedenim na zajedničko ishodište a I b(vidi sl. 1).

Ako e- jedinični vektor okomit na vektore a I b a izabran tako da trostruki a,b,e- točno, i S- područje paralelograma izgrađenog na njima (svedeno na zajedničko ishodište), tada je sljedeća formula istinita za vektorski proizvod:
= S e

sl.2. Volumen paralelopipeda pri korištenju vektora i skalarnog produkta vektora; isprekidane linije pokazati projekcije vektora c na a × b i vektora a na b × c, prvi korak je pronaći unutrašnje produkte

Ako c- bilo koji vektor π - bilo koja ravnina koja sadrži ovaj vektor, e- jedinični vektor koji leži u ravnini π i ortogonalno na c,g- jedinični vektor okomit na ravninu π a usmjerena tako da trojka vektora ekg je u pravu, onda za bilo kakvo ležanje u avionu π vektor a ispravna formula je:
=Pr e a |c|g
gdje je Pr e a projekcija vektora e na a
|c|-modul vektora c

Kada koristite vektorske i skalarne produkte, možete izračunati volumen paralelopipeda izgrađenog na vektorima svedenim na zajedničko ishodište a, b I c. Takav produkt triju vektora naziva se mješoviti.
V=|a (b×c)|
Slika pokazuje da se ovaj volumen može pronaći na dva načina: geometrijski rezultat je sačuvan čak i kada se "skalarni" i "vektorski" produkti zamijene:
V=a×b c=a b×c

Vrijednost križnog umnoška ovisi o sinusu kuta između izvornih vektora, tako da se križni umnožak može smatrati stupnjem "okomitosti" vektora, baš kao što se točkasti umnožak može smatrati stupnjem "paralelizam". Umnožak dva jedinična vektora jednak je 1 (jedinički vektor) ako su početni vektori okomiti, a jednak je 0 (nulti vektor) ako su vektori paralelni ili antiparalelni.

Izraz križnog umnoška u Kartezijevim koordinatama
Ako dva vektora a I b definirane su svojim pravokutnim kartezijevim koordinatama, točnije, prikazane su u ortonormiranoj bazi
a=(a x,a y,a z)
b=(b x ,b y ,b z)
a koordinatni sustav je pravi, tada njihov vektorski produkt ima oblik
=(a y b z -a z b y ,a z b x -a x b z ,a x b y -a y b x)
Da zapamtite ovu formulu:
i =∑ε ijk a j b k
Gdje ε ijk- simbol Levi-Civita.

U ovoj lekciji ćemo pogledati još dvije operacije s vektorima: umnožak vektora I mješoviti produkt vektora (odmah link za one kojima treba). U redu je, ponekad se dogodi da za potpunu sreću, pored toga točkasti umnožak vektora, potrebno je sve više i više. Takva je vektorska ovisnost. Može se steći dojam da ulazimo u džunglu analitičke geometrije. To je pogrešno. U ovom dijelu više matematike uglavnom ima malo drva za ogrjev, osim možda dovoljno za Pinokija. Zapravo, gradivo je vrlo uobičajeno i jednostavno - teško da je teže od istog skalarni proizvod, čak će biti i manje tipičnih zadataka. Glavna stvar u analitičkoj geometriji, kao što će mnogi vidjeti ili su već vidjeli, je NE POGREŠITI U IZRAČUNIMA. Ponavljajte kao čaroliju i bit ćete sretni =)

Ako vektori svjetlucaju negdje daleko, kao munje na horizontu, nema veze, počni s lekcijom Vektori za lutke obnoviti ili ponovno steći osnovno znanje o vektorima. Pripremljeniji čitatelji mogu se selektivno upoznati s informacijama, pokušao sam prikupiti najpotpuniju zbirku primjera koji se često nalaze u praktični rad

Što će vas usrećiti? Kad sam bio mali, znao sam žonglirati s dvije, pa i tri lopte. Dobro je ispalo. Sada uopće nema potrebe žonglirati, budući da ćemo razmisliti samo prostorni vektori, a ravni vektori s dvije koordinate bit će izostavljeni. Zašto? Tako su se rodile ove akcije - vektor i mješoviti umnožak vektora definirani su i rade u trodimenzionalnom prostoru. Već lakše!

U ovoj operaciji, na isti način kao u skalarnom umnošku, dva vektora. Neka budu neprolazna slova.

Sama akcija označeno na sljedeći način: . Ima i drugih opcija, ali ja sam navikao križni umnožak vektora označavati na ovaj način, u uglatim zagradama s križićem.

I to odmah pitanje: ako je unutra točkasti umnožak vektora uključena su dva vektora, a ovdje se također množe dva vektora koja je razlika? Jasna razlika, prije svega, u REZULTATU:

Rezultat skalarnog produkta vektora je BROJ:

Rezultat umnoška vektora je VEKTOR: , tj. množimo vektore i opet dobivamo vektor. Zatvoreni klub. Zapravo, otuda i naziv operacije. U raznim obrazovna literatura zapis također može varirati, koristit ću slovo .

Definicija unakrsnog umnoška

Prvo će biti definicija sa slikom, a zatim komentari.

Definicija: rezultat dva vektora nekolinearni vektori, uzeti ovim redom, naziva se VEKTOR, duljinašto je brojčano jednaka površini paralelograma, izgrađen na ovim vektorima; vektor ortogonalno na vektore, a usmjeren je tako da baza ima pravu orijentaciju:

Analiziramo definiciju po kostima, ima puno zanimljivih stvari!

Dakle, možemo istaknuti sljedeće značajne točke:

1) Izvorni vektori, označeni crvenim strelicama, po definiciji nije kolinearna. Bit će prikladno razmotriti slučaj kolinearnih vektora malo kasnije.

2) Uzeti vektori u strogo određeni red : – "a" se množi s "be", a ne "biti" na "a". Rezultat vektorskog množenja je VEKTOR , koji je označen plavom bojom. Ako se vektori množe obrnutim redoslijedom, tada se dobiva vektor jednake duljine i suprotnog smjera (grmizna boja). Odnosno, jednakost .

3) Sada se upoznajmo s geometrijskim značenjem vektorskog produkta. Ovo je vrlo važna točka! DULJINA plavog vektora (i, prema tome, grimiznog vektora ) brojčano je jednaka POVRŠINI paralelograma izgrađenog na vektorima . Na slici je ovaj paralelogram osjenčan crnom bojom.

Bilješka : crtež je shematski i, naravno, nominalna duljina križnog proizvoda nije jednaka površini paralelograma.

Podsjećamo na jednu od geometrijskih formula: površina paralelograma jednaka je umnošku susjednih stranica i sinusa kuta između njih. Stoga, na temelju prethodno navedenog, vrijedi formula za izračunavanje DULJINE vektorskog produkta:

Naglašavam da se u formuli govori o DULJINI vektora, a ne o samom vektoru. Koje je praktično značenje? A značenje je takvo da se u problemima analitičke geometrije područje paralelograma često nalazi kroz koncept vektorskog proizvoda:

Dobivamo drugu važnu formulu. Dijagonala paralelograma (crvena točkasta linija) dijeli ga na dva jednaka trokuta. Stoga se područje trokuta izgrađenog na vektorima (crveno sjenčanje) može pronaći formulom:

4) Ne manje od važna činjenica je da je vektor okomit na vektore, tj. . Naravno, suprotno usmjereni vektor (grmizna strelica) također je okomit na izvorne vektore.

5) Vektor je usmjeren tako da osnova Ima pravo orijentacija. U lekciji o prijelaz na novu osnovu Govorio sam detaljno o ravninska orijentacija, a sada ćemo shvatiti koja je orijentacija prostora. Objasnit ću ti na prstima desna ruka. Mentalno kombinirajte kažiprst s vektorom i srednji prst s vektorom. Domali prst i mali prst pritisnite na dlan. Kao rezultat palac- vektorski produkt će izgledati gore. Ovo je desno orijentirana baza (na slici je). Sada zamijenite vektore ( kažiprst i srednji prst) na nekim mjestima, kao rezultat toga, palac će se okrenuti, a vektorski proizvod će već gledati prema dolje. Ovo je također desno orijentirana osnova. Možda imate pitanje: koja osnova ima lijevu orijentaciju? "Dodijelite" iste prste lijeva ruka vektore, i dobiti lijevu bazu i lijevu prostornu orijentaciju (u ovom slučaju palac će se nalaziti u smjeru donjeg vektora). Slikovito govoreći, ove baze “izvijaju” ili usmjeravaju prostor u različitim smjerovima. I ovaj koncept ne treba smatrati nečim nategnutim ili apstraktnim - na primjer, najobičnije ogledalo mijenja orijentaciju prostora, a ako "izvučete reflektirani predmet iz ogledala", tada općenito neće biti moguće kombinirati ga s "originalom". Usput, prinesi tri prsta ogledalu i analiziraj odraz ;-)

... kako je dobro da sada znate za to desno i lijevo orijentirano baze, jer su izjave nekih predavača o promjeni orijentacije strašne =)

Vektorski produkt kolinearnih vektora

Definicija je detaljno razrađena, ostaje nam otkriti što se događa kada su vektori kolinearni. Ako su vektori kolinearni, onda se mogu postaviti na jednu ravnu liniju i naš se paralelogram također "presavija" u jednu ravnu liniju. Područje takvog, kako kažu matematičari, degenerirati paralelogram je nula. Isto slijedi iz formule - sinus nula ili 180 stupnjeva jednak je nuli, što znači da je površina nula

Dakle, ako , onda I . Imajte na umu da je sam križni umnožak jednak nultom vektoru, no u praksi se to često zanemaruje i piše da je također jednak nuli.

poseban slučaj je umnožak vektora i samog sebe:

Pomoću križnog umnoška možete provjeriti kolinearnost trodimenzionalnih vektora, a mi ćemo između ostalog analizirati i ovaj problem.

Za rješavanje praktičnih primjera može biti potrebno trigonometrijska tablica pronaći vrijednosti sinusa iz njega.

Pa, zapalimo vatru:

Primjer 1

a) Odredite duljinu vektorskog umnoška vektora ako

b) Odredite površinu paralelograma izgrađenog na vektorima ako

Riješenje: Ne, ovo nije tipfeler, namjerno sam napravio iste početne podatke u stavkama uvjeta. Jer će dizajn rješenja biti drugačiji!

a) Prema uvjetu traži se pronaći duljina vektor (vektorski produkt). Prema odgovarajućoj formuli:

Odgovor:

Budući da je postavljeno pitanje o duljini, tada u odgovoru navodimo dimenziju - jedinice.

b) Prema uvjetu traži se pronaći kvadrat paralelogram izgrađen na vektorima . Površina ovog paralelograma brojčano je jednaka duljini križnog proizvoda:

Odgovor:

Napominjemo da u odgovoru o vektorskom umnošku uopće nema govora o kojem smo pitani područje figure, odnosno, dimenzija je kvadratna jedinica.

Uvijek gledamo ŠTO se uvjetom traži i na temelju toga formuliramo čisto odgovor. Možda se čini kao bukvalizam, ali među nastavnicima ima dovoljno bukvalista, pa će zadatak s dobrim izgledima biti vraćen na doradu. Iako se ne radi o posebno nategnutoj zadirkivanju - ako je odgovor netočan, stječe se dojam da osoba ne razumije jednostavne stvari i/ili nije shvatila bit zadatka. Ovaj trenutak treba uvijek držati pod kontrolom, rješavajući bilo koji problem u višoj matematici, ali iu drugim predmetima.

Gdje je nestalo veliko slovo "en"? Načelno bi se moglo dodatno zalijepiti za rješenje, ali da bih skratio zapis, nisam. Nadam se da svi to razumiju i da je to oznaka iste stvari.

Popularan primjer rješenja "uradi sam":

Primjer 2

Pronađite površinu trokuta izgrađenog na vektorima ako

Formula za pronalaženje površine trokuta kroz vektorski proizvod navedena je u komentarima na definiciju. Rješenje i odgovor na kraju lekcije.

U praksi, zadatak je stvarno vrlo čest, trokuti se općenito mogu mučiti.

Za rješavanje ostalih problema potrebno nam je:

Svojstva umnoška vektora

Već smo razmotrili neka svojstva vektorskog produkta, ali ću ih uključiti u ovaj popis.

Za proizvoljne vektore i proizvoljan broj vrijede sljedeća svojstva:

1) U drugim izvorima informacija ova stavka obično nije istaknuta u svojstvima, ali je vrlo važna u praktičnom smislu. Pa neka bude.

2) - imovina se također raspravlja gore, ponekad se naziva antikomutativnost. Drugim riječima, bitan je redoslijed vektora.

3) - kombinacija odn asocijativni zakoni vektorskog produkta. Konstante se lako izvlače iz granica vektorskog produkta. Stvarno, što oni tamo rade?

4) - raspodjela odn distribucija zakoni vektorskog produkta. Nema problema ni s otvaranjem zagrada.

Kao demonstraciju, razmotrite kratki primjer:

Primjer 3

Pronađite ako

Riješenje: Prema uvjetu, opet je potrebno pronaći duljinu vektorskog produkta. Naslikajmo našu minijaturu:

(1) Prema asocijativnim zakonima, izbacujemo konstante izvan granica vektorskog produkta.

(2) Konstantu vadimo iz modula, dok modul “jede” znak minus. Dužina ne može biti negativna.

(3) Ono što slijedi je jasno.

Odgovor:

Vrijeme je za bacanje drva na vatru:

Primjer 4

Izračunajte površinu trokuta izgrađenog na vektorima ako

Riješenje: Pronađite površinu trokuta pomoću formule . Problem je u tome što su vektori "ce" i "te" sami po sebi predstavljeni kao sume vektora. Algoritam je ovdje standardan i pomalo podsjeća na primjere br. 3 i 4 lekcije. Točkasti umnožak vektora. Podijelimo to u tri koraka radi jasnoće:

1) U prvom koraku izražavamo vektorski umnožak kroz vektorski umnožak, zapravo, izraziti vektor pomoću vektora. O duljini još nema riječi!

(1) Zamjenjujemo izraze vektora .

(2) Koristeći zakone distribucije otvaramo zagrade prema pravilu množenja polinoma.

(3) Koristeći asocijativne zakone, izbacujemo sve konstante izvan vektorskih proizvoda. Uz malo iskustva, radnje 2 i 3 mogu se izvoditi istovremeno.

(4) Prvi i zadnji član jednaki su nuli (nulti vektor) zbog ugodnog svojstva . U drugom članu koristimo svojstvo antikomutativnosti vektorskog produkta:

(5) Predstavljamo slične uvjete.

Kao rezultat toga, pokazalo se da je vektor izražen kroz vektor, što je bilo potrebno postići:

2) U drugom koraku nalazimo duljinu vektorskog produkta koji nam je potreban. Ova radnja je slična primjeru 3:

3) Pronađite područje željenog trokuta:

Koraci 2-3 rješenja mogu se poredati u jedan red.

Odgovor:

Razmatrani problem prilično je čest u kontrolni rad, evo primjera rješenja "uradi sam":

Primjer 5

Pronađite ako

Kratko rješenje i odgovor na kraju lekcije. Da vidimo koliko ste bili pažljivi kada ste proučavali prethodne primjere ;-)

Umnožak vektora u koordinatama

, dan u ortonormiranoj bazi , izražava se formulom:

Formula je vrlo jednostavna: upišemo koordinatne vektore u gornji redak determinante, koordinate vektora “spakiramo” u drugi i treći redak i stavimo u strogom redu- prvo koordinate vektora "ve", zatim koordinate vektora "double-ve". Ako vektore treba pomnožiti drugačijim redoslijedom, tada se linije također trebaju zamijeniti:

Primjer 10

Provjerite jesu li sljedeći prostorni vektori kolinearni:
A)
b)

Riješenje: Test se temelji na jednoj od izjava u ovoj lekciji: ako su vektori kolinearni, tada je njihov umnožak nula (nulti vektor): .

a) Pronađite vektorski produkt:

Dakle, vektori nisu kolinearni.

b) Pronađite vektorski produkt:

Odgovor: a) nije kolinearan, b)

Ovdje su možda sve osnovne informacije o vektorskom produktu vektora.

Ovaj odjeljak neće biti velik, jer postoji nekoliko problema u kojima se koristi mješoviti umnožak vektora. Zapravo, sve će počivati ​​na definiciji, geometrijskom značenju i nekoliko radnih formula.

Mješoviti produkt vektora je proizvod tri vektori:

Ovako su se poredali ko vlak i čekaju, jedva čekaju dok se ne obračunaju.

Prvo opet definicija i slika:

Definicija: Mješoviti proizvod nekoplanarni vektori, uzeti ovim redom, Zove se volumen paralelopipeda, izgrađen na tim vektorima, opremljen znakom "+" ako je baza desna, i znakom "-" ako je baza lijevo.

Napravimo crtež. Nama nevidljive linije nacrtane su isprekidanom linijom:

Uronimo u definiciju:

2) Uzeti vektori određenim redoslijedom, odnosno permutacija vektora u produktu, kao što pretpostavljate, ne prolazi bez posljedica.

3) Prije komentiranja geometrijskog značenja, primijetit ću očitu činjenicu: mješoviti umnožak vektora je BROJ: . U obrazovnoj literaturi dizajn može biti nešto drugačiji, ja sam označavao mješoviti proizvod kroz, a rezultat izračuna slovom "pe".

A-priorat mješoviti umnožak je obujam paralelopipeda, izgrađen na vektorima (figura je nacrtana crvenim vektorima i crnim linijama). Odnosno, broj je jednak volumenu zadanog paralelopipeda.

Bilješka : Crtež je shematski.

4) Da se opet ne zamaramo konceptom orijentacije osnove i prostora. Značenje završnog dijela je da se glasnoći može dodati znak minus. Jednostavnim riječima, mješoviti umnožak može biti negativan: .

Formula za izračunavanje volumena paralelopipeda izgrađenog na vektorima slijedi izravno iz definicije.

Kut između vektora

Da bismo mogli uvesti koncept križnog umnoška dvaju vektora, prvo se moramo pozabaviti konceptom kao što je kut između tih vektora.

Neka su nam dana dva vektora $\overline(α)$ i $\overline(β)$. Uzmimo neku točku $O$ u prostoru i iz nje odvojimo vektore $\overline(α)=\overline(OA)$ i $\overline(β)=\overline(OB)$, zatim kut $AOB $ će se zvati kut između ovih vektora (slika 1).

Notacija: $∠(\overline(α),\overline(β))$

Pojam umnoška vektora i formula za pronalaženje

Definicija 1

Vektorski umnožak dvaju vektora je vektor okomit na oba zadana vektora, a njegova će duljina biti jednaka umnošku duljina tih vektora sa sinusom kuta između tih vektora, a taj vektor s dva početna ima isti orijentacija kao Kartezijev koordinatni sustav.

Notacija: $\overline(α)h\overline(β)$.

Matematički to izgleda ovako:

1. $|\overline(α)x\overline(β)|=|\overline(α)||\overline(β)|sin⁡∠(\overline(α),\overline(β))$
2. $\overline(α)x\overline(β)⊥\overline(α)$, $\overline(α)x\overline(β)⊥\overline(β)$
3. $(\overline(α)x\overline(β),\overline(α),\overline(β))$ i $(\overline(i),\overline(j),\overline(k))$ su isto orijentirani (sl. 2)

Očito, vanjski produkt vektora će biti jednak nultom vektoru u dva slučaja:

1. Ako je duljina jednog ili oba vektora nula.
2. Ako je kut između tih vektora jednak $180^\circ$ ili $0^\circ$ (jer je u ovom slučaju sinus jednak nuli).

Da biste jasno vidjeli kako se pronalazi umnožak vektora, razmotrite sljedeće primjere rješenja.

Primjer 1

Pronađite duljinu vektora $\overline(δ)$, koja će biti rezultat umnoška vektora, s koordinatama $\overline(α)=(0,4,0)$ i $\overline(β) =(3,0,0 )$.

Riješenje.

Oslikajmo ove vektore u kartezijevom koordinatnom prostoru (slika 3):

Slika 3. Vektori u Kartezijevom koordinatnom prostoru. Author24 - online razmjena studentskih radova

Vidimo da ti vektori leže na $Ox$ odnosno $Oy$ osi. Stoga će kut između njih biti jednak $90^\circ$. Nađimo duljine ovih vektora:

$|\overline(α)|=\sqrt(0+16+0)=4$

$|\overline(β)|=\sqrt(9+0+0)=3$

Tada, prema definiciji 1, dobivamo modul $|\overline(δ)|$

$|\overline(δ)|=|\overline(α)||\overline(β)|sin90^\circ=4\cdot 3\cdot 1=12$

Odgovor: 12 dolara.

Izračunavanje umnoška koordinata vektora

Definicija 1 odmah implicira način pronalaska križnog produkta za dva vektora. Budući da vektor, osim vrijednosti, ima i smjer, nemoguće ga je pronaći samo pomoću skalarne vrijednosti. Ali osim njega, postoji još jedan način da pronađemo vektore koji su nam dani pomoću koordinata.

Neka su nam zadani vektori $\overline(α)$ i $\overline(β)$, koji će imati koordinate $(α_1,α_2,α_3)$ odnosno $(β_1,β_2,β_3)$. Tada se vektor poprečnog umnoška (odnosno njegove koordinate) može pronaći sljedećom formulom:

$\overline(α)x\overline(β)=\begin(vmatrix)\overline(i)&\overline(j)&\overline(k)\\α_1&α_2&α_3\\β_1&β_2&β_3\end(vmatrix)$

Inače, proširenjem determinante dobivamo sljedeće koordinate

$\overline(α)h\overline(β)=(α_2 β_3-α_3 β_2,α_3 β_1-α_1 β_3,α_1 β_2-α_2 β_1)$

Primjer 2

Pronađite vektor križnog umnoška kolinearnih vektora $\overline(α)$ i $\overline(β)$ s koordinatama $(0,3,3)$ i $(-1,2,6)$.

Riješenje.

Upotrijebimo gornju formulu. Dobiti

$\overline(α)x\overline(β)=\begin(vmatrix)\overline(i)&\overline(j)&\overline(k)\\0&3&3\\-1&2&6\end(vmatrix)=(18 -6)\overline(i)-(0+3)\overline(j)+(0+3)\overline(k)=12\overline(i)-3\overline(j)+3\overline(k )=(12,-3,3)$

Odgovor: $(12,-3,3)$.

Svojstva umnoška vektora

Za proizvoljna miješana tri vektora $\overline(α)$, $\overline(β)$ i $\overline(γ)$, kao i $r∈R$, vrijede sljedeća svojstva:

Primjer 3

Odredite površinu paralelograma čiji vrhovi imaju koordinate $(3,0,0)$, $(0,0,0)$, $(0,8,0)$ i $(3,8,0) $.

Riješenje.

Prvo nacrtajte ovaj paralelogram u koordinatnom prostoru (slika 5):

Slika 5. Paralelogram u koordinatnom prostoru. Author24 - online razmjena studentskih radova

Vidimo da su dvije strane ovog paralelograma konstruirane pomoću kolinearnih vektora s koordinatama $\overline(α)=(3,0,0)$ i $\overline(β)=(0,8,0)$. Koristeći četvrto svojstvo, dobivamo:

$S=|\overline(α)x\overline(β)|$

Pronađite vektor $\overline(α)h\overline(β)$:

$\overline(α)x\overline(β)=\begin(vmatrix)\overline(i)&\overline(j)&\overline(k)\\3&0&0\\0&8&0\end(vmatrix)=0\overline (i)-0\overline(j)+24\overline(k)=(0,0,24)$

Stoga

$S=|\overline(α)x\overline(β)|=\sqrt(0+0+24^2)=24$