Прикладная математика

Лекция 4 · Часть I

Произведения векторов

Уже открыта
1

Скалярное произведение

Скалярное произведение перемножает два вектора. Результат — обычное число, а не стрелка.

Два вектора
Перемножь пары чисел
Сложи результаты
Одно число
(x, y) = α₁β₁ + α₂β₂ + … + αₙβₙ
Перемножь числа с одинаковыми номерами и сложи всё. Получится число.

Запомни

  • Длина вектора: |x| = √(x, x).
  • Угол между векторами: cos φ = (x, y) / (|x|·|y|).
  • Если (x, y) = 0, векторы перпендикулярны (ортогональны).
  • Неравенство Коши–Буняковского: |(x, y)| ≤ |x|·|y|.

Слова для взрослых

скалярное произведение
число, которое получается из двух векторов
евклидово пространство
пространство, где есть скалярное произведение и длины
ортогональные векторы
перпендикулярные векторы: их скалярное произведение равно нулю
Что получится, если перемножить два вектора скалярно?

Обычное число.

2

Векторное произведение

Векторное произведение двух стрелок — это новая стрелка. Она смотрит перпендикулярно обеим.

  1. Направь указательный палец на вектор a.
  2. Средний палец — на вектор b.
  3. Большой палец покажет вектор c = a × b.
|a × b| = |a|·|b|·sin φ
Длина новой стрелки равна площади параллелограмма на a и b. φ — угол между ними.

Запомни

  • c перпендикулярен a и b; тройка a, b, c правая.
  • Векторы параллельны, если a × b = 0.
  • В координатах: определитель 3×3 с i, j, k в первой строке.
  • Площадь треугольника ABC: S = ½·|AB × AC|.

Слова для взрослых

векторное произведение
вектор c = a × b, перпендикулярный a и b
правая тройка
a, b, c как указательный, средний и большой пальцы правой руки
Что будет, если поменять a и b местами?

Вектор сменит направление: a × b = −(b × a).

3

Смешанное произведение

Смешанное произведение — это три стрелки. Результат — число: объём коробки, построенной на них.

Три стрелки a, b, c
a × b — дно коробки
· c — высота
Объём коробки
V = |(a × b) · c|
Объём параллелепипеда. Знак «плюс» — правая тройка, «минус» — левая.

Запомни

  • В координатах: определитель 3×3 из строк координат a, b, c.
  • Ноль, если векторы лежат в одной плоскости (компланарны).
  • Пирамида: V = (1/6)·|(AB × AC)·AD|.

Слова для взрослых

смешанное произведение
число (a × b)·c: сначала векторное, потом скалярное
компланарные векторы
векторы, которые лежат в одной плоскости
параллелепипед
коробка, у которой все грани — параллелограммы
Что означает ноль в смешанном произведении?

Векторы лежат в одной плоскости.

4

Ортонормированный базис

Ортонормированный базис — это перпендикулярные стрелки длины 1. Любой базис можно так сделать.

  1. Возьми любой базис a₁, a₂, …, aₙ.
  2. Первый вектор оставь: b₁ = a₁.
  3. Второй подправь, чтобы стал перпендикулярен b₁.
  4. Раздели каждый вектор на его длину.
b₂ = a₂ − ((a₂, b₁) / (b₁, b₁))·b₁
Так b₂ становится перпендикулярен b₁. Остальные векторы — по тому же правилу.

Запомни

  • Ненулевые попарно перпендикулярные векторы всегда независимы.
  • Ортонормированный: перпендикулярны, и все длины равны 1.
  • Стандартный базис (1, 0, …, 0), (0, 1, …, 0), … — ортонормированный.

Слова для взрослых

ортогональный базис
базис из попарно перпендикулярных векторов
ортонормированный базис
ортогональный базис, где все векторы длины 1
ортогонализация
процесс, который делает базис перпендикулярным
Какие векторы образуют ортонормированный базис?

Перпендикулярные друг другу, каждый длиной 1.

Оригинал в курсе: VectorProduct.pdf
Практики по теме: №6 — Произведения векторов