- •Линейная алгебра Основные определения
- •Операция умножения матриц
- •Свойства операции умножения матриц
- •Определители (детерминанты)
- •Алгебраические дополнения
- •Обратная матрица
- •Базисный минор матрицы Ранг матрицы
- •Матричный метод решения систем линейных уравнений
- •Метод Крамера
- •Элементарные преобразования систем
- •Теорема Кронекера – Капелли
- •Метод Гаусса
- •Элементы векторной алгебры
- •Свойства векторов
- •Линейная зависимость векторов
- •Система координат
- •Декартова система координат
- •Линейные операции над векторами в координатах Пусть заданы векторы в прямоугольной системе координат
- •Скалярное произведение векторов
- •Векторное произведение векторов
- •Смешанное произведение векторов
- •Свойства смешанного произведения:
- •Уравнение поверхности в пространстве
- •Общее уравнение плоскости
- •Уравнение плоскости, проходящей через три точки
- •Полярная система координат
- •Линейное (векторное) пространство
- •Линейные преобразования
- •Матрицы линейных преобразований
- •Собственные значения и собственные векторы линейного преобразования
- •Введение в математический анализ Предел функции в точке
- •Предел функции при стремлении аргумента к бесконечности
- •Основные теоремы о пределах
- •Некоторые замечательные пределы
- •Комплексные числа
- •Тригонометрическая форма числа
- •Действия с комплексными числами
- •Дифференциальное исчисление функции одной переменной Производная функции, ее геометрический и физический смысл
- •Основные правила дифференцирования
- •Производная обратных функций
- •Производные и дифференциалы высших порядков
- •Общие правила нахождения высших производных
- •Исследование функций с помощью производной Возрастание и убывание функций
- •Точки экстремума
- •Исследование функции на экстремум с помощью производных высших порядков
- •Выпуклость и вогнутость кривой Точки перегиба
- •Асимптоты
- •Вертикальные асимптоты
- •Наклонные асимптоты
- •Векторная функция скалярного аргумента
- •Параметрическое задание функции
- •Производная функции, заданной параметрически
- •Функции нескольких переменных
- •Производные и дифференциалы функций нескольких переменных
- •Полное приращение и полный дифференциал
- •Геометрический смысл полного дифференциала Касательная плоскость и нормаль к поверхности
- •Приближенные вычисления с помощью полного дифференциала
- •Частные производные высших порядков
- •Экстремум функции нескольких переменных
- •Условный экстремум
- •Производная по направлению
- •Градиент
- •Связь градиента с производной по направлению
Линейные операции над векторами в координатах Пусть заданы векторы в прямоугольной системе координат
тогда линейные операции над ними в координатах имеют вид:
Скалярное произведение векторов
Определение. Скалярным произведением векторов иназывается число, равное произведению длин этих сторон на косинус угла между ними.
= cos
Свойства скалярного произведения:
= 2;
= 0, если или= 0 или= 0.
= ;
(+) = + ;
(m) = (m) = m(); m=const
Если рассматривать векторы в декартовой прямоугольной системе координат, то
= xa xb + ya yb + za zb;
Используя полученные равенства, получаем формулу для вычисления угла между векторами:
.
Пример. Найти (5+ 3)(2-), если
10- 5+ 6- 3= 10,
т.к. .
Пример. Найти угол между векторами и, если
.
Т.е. = (1, 2, 3),= (6, 4, -2)
= 6 + 8 – 6 = 8:
.
cos =
Пример. Найти скалярное произведение (3- 2)(5- 6), если
15- 18- 10+ 12= 15
+ 1236 = 240 – 336 + 432 = 672 – 336 = 336.
Пример. Найти угол между векторами и, если
.
Т.е. = (3, 4, 5),= (4, 5, -3)
= 12 + 20 - 15 =17 :
.
cos =
Пример. При каком m векторы иперпендикулярны.
= (m, 1, 0); = (3, -3, -4)
.
Пример. Найти скалярное произведение векторов и, если
()() =
= 10 +
+ 27 + 51 + 135 + 72 + 252 = 547.
Векторное произведение векторов
Определение. Векторным произведением векторов иназывается вектор, удовлетворяющий следующим условиям:
1) , где - угол между векторами и,
2) вектор ортогонален векторами
3) ,иобразуют правую тройку векторов.
Обозначается: или.
Свойства векторного произведения векторов:
1) ;
2) , если или= 0 или= 0;
3) (m)=(m) =m();
4) (+ ) = + ;
5) Если заданы векторы (xa, ya, za) и (xb, yb, zb) в декартовой прямоугольной системе координат с единичными векторами , то
=
6) Геометрическим смыслом векторного произведения векторов является площадь параллелограмма, построенного на векторах и.
Пример. Найти векторное произведение векторов и
.
= (2, 5, 1); = (1, 2, -3)
.
Пример. Вычислить площадь треугольника с вершинами А(2, 2, 2), В(4, 0, 3),С(0, 1, 0).
(ед2).
Пример. Доказать, что векторы ,икомпланарны.
, т.к. векторы линейно зависимы, то они компланарны.
Пример. Найти площадь параллелограмма, построенного на векторах , если
(ед2).
Смешанное произведение векторов
Определение. Смешанным произведением векторов ,иназывается число, равное скалярному произведению векторана вектор, равный векторному произведению векторови.
Обозначается или (,,).
Смешанное произведение по модулю равно объему параллелепипеда, построенного на векторах,и.
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)
3)
4)
5) Объем треугольной пирамиды, образованной векторами ,и, равен
6)Если ,, то
Пример. Доказать, что точки А(5; 7; 2), B(3; 1; -1), C(9; 4; -4), D(1; 5; 0) лежат в одной плоскости.
Найдем координаты векторов:
Найдем смешанное произведение полученных векторов:
,
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 BCD, если вершины имеют координаты A(0; 0; 1), B(2; 3; 5), C(6; 2; 3), D(3; 7; 2).
Найдем координаты векторов:
Объем пирамиды
Для нахождения длины высоты пирамиды найдем сначала площадь основания BCD.
Sосн = (ед2)
Т.к. V = ; (ед)