Векторная алгебра

Скалярным произведением двух векторов называется число, равное произведению длин этих векторов на косинус угла между ними:

. (3.7)

Скалярное произведение векторов обладает следующими свойствами:

1⁰. ,	2⁰. ,
3⁰. ,	4⁰. .

Отметим, что поскольку , то для скалярного квадрата используют обозначение .

Пример 2.5. Вычислить выражение , если , |, j=2p/3.

Решение. Раскроем скобки, учитывая свойства скалярного произведения векторов:

Далее из определения скалярного произведения следует:

18–24–64 = –70.

Тройка векторов называется правой, если вектора, приведенные к одному началу, располагаются также, как расставленные пальцы правой руки: большой палец – по первому вектору, указательный – по второму, средний – по третьему. Если смотреть во внутрь телесного угла, образованного этими векторами, то движение от первого ко второму, от второго к третьему будет совершаться против часовой стрелки. Обычно на практике рассматриваются только правые системы векторов.


Правая тройка	Левая тройка

Векторным произведением вектора на вектор называется вектор , удовлетворяющий следующим условиям:

а) ,

б) вектор перпендикулярен к обоим векторам и ,

в) упорядоченная тройка , , – правая.

Векторное произведение векторов обладает следующими свойствами:

1⁰. ,	2⁰. ,
3⁰. ,	4⁰. .

Пример 2.6. Вычислить выражение , если , и j = 2p/3.

Решение. Раскроем скобки внутри модуля, учитывая свойства векторного произведения:

Далее, из определения векторного произведения следует:

Отметим еще некоторые свойства скалярного и векторного произведений:

Два вектора и перпендикулярны тогда и только тогда, когда их скалярное произведение равно нулю: .

Два вектора и коллинеарны тогда и только тогда, когда их векторное произведение равно нулю: .

Если два вектора и определены своими координатами в ортонормированном базисе: , , то скалярное произведение вычисляется по формуле:

, (3.8)

а векторное произведение по формуле

(3.9)

Геометрический смысл векторного произведения: модуль векторного произведения равен площади параллелограмма, построенного на этих векторах, как на сторонах.

Смешанным произведением векторов , и называется число и обозначается .

Смешанное произведение векторов обладает следующими свойствами:

1⁰. ,	2⁰. ,
3⁰. ,	4⁰. .

Отметим еще некоторые свойства смешанного произведения:

Три вектора , и компланарны тогда и только тогда, когда их смешанное произведение равно нулю:

Если три вектора , и определены своими координатами в ортонормированном базисе: , , , то смешанное произведение вычисляется по формуле:

(3.10)

Геометрический смысл смешанного произведения: модуль смешанного произведения равен объёму параллелепипеда, построенного на этих векторах, как на сторонах.

Пример 2.7. Даны координаты вершин пирамиды ABCD. Найти: а) объем пирамиды, б) площадь грани ABC, в) косинус угла между ребрами AB и AC, если A(3;–2;–4), B(–5;3;4), C(1;–3;2), D(4;1;–2).