Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
book.pdf
Скачиваний:
281
Добавлен:
14.02.2015
Размер:
800.84 Кб
Скачать

Лекция 7. Векторное и смешанное произведение векторов

1. Векторное произведение

Определение. Векторным произведением векторов a и b называется вектор c , удовлетворяющий следующим условиям:

1)c = a b sinϕ , где ϕ - угол между векторами a и b , sinϕ 0;0 ϕ π .

2)вектор c ортогонален векторам a и b

3)a,b,c образуют правую тройку векторов.

Обозначается: c = a × b или c = a,b .

Свойства векторного произведения векторов:

1)b× a = −a × b;

2)a × b = 0, если a b или a = 0 или b = 0;

3)(ma)× b = a × (mb) = m(a × b);

4)a × (b + c) = a × b + a × c;

5)Если заданы векторы a (xa , ya , za ) и b(xb , yb , zb ) в декартовой прямоугольной системе

i j k

координат с единичными векторами i, j, k , то a × b = xa ya za ; xb yb zb

6) Геометрическим смыслом векторного произведения векторов является площадь параллелограмма, построенного на векторах a и b .

Пример. Найти векторное произведение векторов a = 2i + 5 j + k и b = i + 2 j 3k . a = (2,5,1),b = (1, 2, 3)

a × b =

i

j

k

= i

 

5

1

 

j

 

2

1

 

+ k

 

2

5

 

= −17i + 7 j k

 

 

 

 

 

 

2

5

1

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

 

 

2

3

 

 

 

1

3

 

 

 

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

2. Смешанное произведение векторов

Определение. Смешанным произведением векторов a,b, c называется число, равное скалярному произведению вектора a на вектор, равный векторному произведению векторов b,c .

Обозначается a b c или (a,b,c).

Смешанное произведение a b c по модулю равно объему параллелепипеда, построенного на векторах a,b,c .

Свойства смешанного произведения: 1)Смешанное произведение равно нулю, если:

а) хоть один из векторов равен нулю; б) два из векторов коллинеарны; в) векторы компланарны.

2)(a × b) c = a (b× c)

3)(a,b,c) = (b, c, a) = (c, a,b) = − (b, a,c) = − (c,b, a) = − (a, c,b)

4)(λ a1 + μ a2 ,b, c) = λ (a1,b, c)+ μ (a2 ,b, c)

5)Объем треугольной пирамиды, образованной векторами a,b,c , равен 16 (a,b,c)

6)Если a = (x1, y1, z1 ),b = (x2 , y2 , z2 ),c = (x3 , y3 , z3 ), то (a,b, c) =

x1

y1

z1

x2

y2

z2

 

x3

y3

z3

Пример. Доказать, что точки A(5,7, 2), B (3,1, 1),C (9, 4, 4), D (1,5,0) лежат в одной плоскости.

AB = (2; 6;1)

Найдем координаты векторов: AC = (4; 3; 2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AD = (4; 2;2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Найдем смешанное произведение полученных векторов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AB AC AD =

 

2

6

1

 

 

 

2 6 1

 

 

 

0

6 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 3

2

 

=

 

0

15

0

 

=

 

0

15

0

 

= 0

 

 

4

2

2

 

 

 

0

10

0

 

 

 

0

10

0

 

 

Таким образом, полученные выше векторы компланарны, следовательно точки A, B, C и D лежат в одной плоскости.

Пример. Найти объем пирамиды и длину высоты, опущенной на грань B C D , если вершины имеют координаты A ( 0 ; 0 ; 1 ) , B ( 2 ; 3 ; 5 ) , C ( 6 ; 2 ; 3 ) , D ( 3 ; 7 ; 2 ) .

30

 

 

 

 

 

 

 

 

BA = (2, 3, 4)

 

 

 

 

 

 

Найдем координаты векторов: BD = (1;4; 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BC = (4; 1; 2)

 

 

 

 

 

 

Объем пирамиды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

4

 

1

(8 3) + 3(2 + 12) 4(116)) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V =

6

=

1 4

 

 

3

 

= 6 (2

 

 

 

 

4

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 16 (22 + 30 + 68) = 20(3 )

 

 

Для нахождения длины высоты пирамиды найдем сначала площадь основания BCD.

 

 

i

 

j

k

 

= i (8 3) j (2 + 12) + k (116) = −11i 10 j 17k.

 

 

 

 

BD × BC =

1 4 3

 

 

 

4 1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BD× BC

 

 

 

 

112 + 102 + 172 =

 

 

 

 

 

 

 

 

=

121+ 100 + 289 = 510

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sосн =

510 / 2

(ед2 )

 

 

 

 

 

T.к.

V =

Sосн h

; h =

3V

 

=

120

=

4

510

(ед).

 

 

 

3

Sосн

510

 

17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]