Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Kretov1

.pdf
Скачиваний:
123
Добавлен:
23.03.2016
Размер:
1.05 Mб
Скачать

§ 2.2. лН‡ОflрМУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУрУ‚

приложения, двигаясь прямолинейно, перемещается из поло-

жения M1(5; 3; – 7) в положение M2(4; – 1; –4).

356. Даны вершины четырехугольника A(1; –2; 2), B(1; 4; 0),

C(– 4; 1; 1) и D(– 5; –5; 3). Доказать, что его диагонали AC и

BD взаимно перпендикулярны.

357.Даны вершины треугольника A(–1; –2; 4), B(–4; –2; 0)

иC(3; – 2; 1). Определить его внутренний угол при вершине B.

358.Даны три вершины треугольника A(3; 2; –3), B(5; 1; –1)

иC(1; – 2; 1). Определить его внешний угол при вершине A.

359.Вычислить внутренние углы треугольника A(1; 2; 1), B(3; – 1; 7), C(7; 4; –2).

360.Вектор x , коллинеарный вектору a = {6; – 8; –7,5},

образует острый угол с осью Oz. Зная, что | x |= 50, найти его координаты.

361.Найти вектор x , коллинеарный вектору a = {2; 1; – 1}

иудовлетворяющий условию x a = 3.

362.Найти вектор x , зная, что он перпендикулярен к век-

торам a = {2; 3; – 1} и b = {1; – 2; 3} и удовлетворяет условию

x(2 i j + k ) = – 6.

363.Вычислить проекцию вектора a = {5; 2; 5} на ось век-

тора b = {2; –1; 2}.

364. Даны три вектора: a = 3 i – 6 j k , b = i + 4 j – 5 k и

c= 3 i – 4 j + 12 k . Вычислить прc ( a + b ).

365.Даны три вектора: a = {1; –3; 4}, b ={3; –4; 2} и c =

={–1; 1; 4}. Вычислить прb + c a .

366.Даны две точки M(– 5; 7; – 6) и N(7; – 9; 9). Вычислить

проекцию вектора a = {1; –3; 1} на ось вектора MN .

367. Даны точки A(–2; 3; –4), B(3; 2; 5), C(1; –1; 2), D(3; 2; –4).

Вычислить прCD AB .

368. Показать, что четырехугольник с вершинами A(–5; 3; 4), B(– 1; –7; 5), C(6; – 5; – 3) и D(2; 5; –4) есть квадрат.

61

ЙО‡‚‡ II. щОВПВМЪ˚ ‚ВНЪУрМУИ ‡О„В·р˚

369.Доказать, что вектор d = c ( b a ) – a ( b c ) перпендикулярен вектору b .

370.Найти вектор b , коллинеарный вектору a = i +2 j –3 k

и удовлетворяющий условию

b

 

a = 28.

 

 

 

 

 

371.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дано: a = 4 i

j

– 2 k ; b = {2; 1;

 

2}. Найти: а) a b ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) ( a ,

b

); в) пр

a

 

b

; г) пр

 

a .

 

 

 

 

 

 

b

 

 

= {2; – 1; 1}, когда

372.

Какую работу производит сила

 

F

точка ее приложения, двигаясь прямолинейно, перемещается из точки A(1; – 2; 3) в точку B(5; –6; 1).

373. Найти работу равнодействующей сил F1 = i j + k и

F2 = 2 i + j + 3 k при перемещении ее точки приложения из на-

чала координат в точку M(2; – 1; – 1).

374. В треугольнике АВС вершины имеют координаты:

А(1; 1; – 1), В(2; 3; 1), С(3; 2; 1). Найти: а) длины сторон;

б) внутренние углы; в) острый угол между медианой ВD и стороной АС.

375.Найти угол между осями координат и радиусом-век- тором точки М(– 2; 3; 1).

376.Найти проекцию вектора a = { 2 ; – 3; – 5} на ось, составляющую с координатными осями Ox и Oz угол ά= 45° и

γ= 60°, а с осью Oy — острый угол β.

377.Даны точки А(3; 4; – 2) и В(2; 5; – 2). Найти проекцию

вектора AB на ось, составляющую с осями Ox и Oy угол

α= 60° и β= 120°, а с осью Oz — тупой угол γ.

378.Найти угол между биссектрисами углов Oxy и Oyz.

379.Какой угол образуют единичные векторы a и b , если

известно, что векторы m = a + 2 b и n = 5 a – 4 b взаимно перпендикулярны.

380. Векторы a , b , c имеют равные длины и попарно образуют равные углы. Найти координаты вектора c , если a = {1; 1; 0}, b= {0; 1; –1}.

62

§ 2.2. лН‡ОflрМУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУрУ‚

381.Какой угол образует вектор a = {cos α; sin α} с векто-

ром i ?

382.Как расположены прямые АВ и АС, если ( AB + AC )2 =

=( AB AC )2?

§ 2.3. ЗВНЪУрМУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУрУ‚

Определение 1. Три некомпланарных вектора a , b и c , взятые в указанном порядке, образуют правую (левую) тройку, если с конца вектора c кратчайший поворот от вектора a к

вектору b виден совершающимся против часовой стрелки (по часовой стрелке).

Определение 2. Векторным произведением вектора a на

вектор b называется вектор c , который:

1) имеет длину, численно равную площади параллелограмма, построенного на векторах a и b ;

2)перпендикулярен к плоскости параллелограмма;

3)направлен в такую сторону, с которой кратчайшее вра-

щение от a до b совершается против часовой стрелки, то есть векторы a , b и c образуют правую тройку.

Векторное произведение обозначается a ×b . Итак, a ×b = c , если:

1) | c |= | a || b | sin( a , b );

2)c a и c b ;

3)a , b , c составляют правую тройку. Свойства векторного произведения:

1)a ×b = – b ×a ;

2)a ×( b + c ) = a ×b + a ×c ;

3)λ( a ×b ) = λa ×b = a ×λb ;

4)a ×b = 0, если a || b (или a = 0 или b = 0).

63

ЙО‡‚‡ II. щОВПВМЪ˚ ‚ВНЪУрМУИ ‡О„В·р˚

Если векторы a и b заданы своими координатами a = {x1; y1; z1}, b = {x2; y2; z2}, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

j

k

 

 

a ×

 

=

x1

y1

z1

.

(2.3.1)

b

 

 

 

x2

y2

z2

 

 

Площадьпараллелограмма, построенногонавекторах a и b :

S. = | a ×

b

|,

(2.3.2)

а площадь треугольника, построенного на векторах a и b :

S= ½| a ×

b

|.

(2.3.3)

Векторное произведение может быть выражено формулой

a ×

b

. = S e ,

(2.3.4)

где e — орт направления a ×b .

Если вектор F изображает силу, приложенную к какойнибудь точке M, а вектор a идет из некоторой точки O в точ-

ку M, то вектор a ×

F

 

есть момент силы

F

относительно

точки O, то есть

 

 

 

 

 

=

 

×

 

.

(2.3.5)

 

 

 

 

OM

 

 

 

M

F

 

 

 

бДСДзаь

 

383. Даны два вектора a и b , для которых | a |= 2, | b |= 6,

( a , b ) = 5 π/6. Найти: а) a ×b ;

б) |(2 a + 3 b ) ×( a –4 b )|.

384. Найти координаты вектора a ×(2 a ×b ), если a = {3;

– 1; –2}, b = {1; 2; –1}.

64

§ 2.3. ЗВНЪУрМУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУрУ‚

385.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Даны векторы a = i

 

+ 2 j – 3 k , b = – 2 i + j + k . Найти

c = ( a

 

 

 

) ×(2

 

 

); | c |.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

386.

 

Дано: | a |= 1, |

b

|= 2, ( a ,

 

 

b

 

) = 2π/3. Найти | a ,

 

b

|;

|( a + 2

 

 

 

 

) ×(– a + 3

 

 

)|.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

387.

 

Упростить выражения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) 2 i

j

× k

) + 3j( i

 

× k ) + 4 k ( i

×

j

);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) ( a +

 

 

+ c ) × c + ( a +

 

 

 

+ c ) ×

 

 

+ (

 

 

 

c ) × a ;

 

 

 

b

b

b

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) (3 i

– 4 j – 5 k ) ×(2 i + 6 j k ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

388.

 

Дано: | a | = 3, |

 

|= 20, a

 

 

 

 

= 30. Найти | a ×

 

 

|.

 

 

 

 

 

b

b

b

 

 

 

389.

 

Дано: | a | = 3, |

 

|= 26, | a ×

 

| = 72. Найти a

 

 

 

.

 

 

 

 

 

b

b

b

 

 

 

390.

 

Найти единичный вектор e , перпендикулярный каж-

дому из векторов a = {3; – 1; 2} и

 

 

 

= {– 1; 3; – 1}.

 

 

 

b

 

 

 

391.

 

Найти единичный вектор e , перпендикулярный век-

тору a = {1; 4; 3} и оси абсцисс.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

392.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

+ 2 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Даны векторы a = 3 i

j

, b = 2 i

+ 7

j

+ 4 k

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c = i

+ 2

j

+ k . Найти a ×( b × c ) и ( a × b ) × c .

 

 

 

393.Вычислить синус угла, образованного векторами a =

={2; – 2; 1} и b = {2; 3; 6}.

394.Найти вектор x , перпендикулярный к векторам a =

={2; – 3; 1} и

b

= {1;

 

– 2;

 

3} и удовлетворяющий условию

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x ( i

+ 2 j – 7 k ) = 10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

395.

Векторы a ,

 

 

 

 

и c

 

удовлетворяют условию

a +

 

+

 

b

b

+ c = 0. Доказать, что a ×

 

=

 

× c = c × a .

 

 

 

 

b

b

 

 

 

 

396.

Дано: a = {1;

 

– 4;

0},

 

= {6; 3; – 2},

c = {1;

– 2; 2}.

 

b

Найти прa (

 

× c ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

397.

Векторы a ,

 

 

 

,

c

 

 

 

связаны

соотношениями

 

b

 

и d

a × b = c × d , a × c = b × d . Доказать, что векторы ( a d ) и ( b c ) коллинеарны.

65

ЙО‡‚‡ II. щОВПВМЪ˚ ‚ВНЪУрМУИ ‡О„В·р˚

398. Векторы a и b образуют угол φ= π/6. Зная, что

| a |= 6, | b |= 5, вычислить | a × b |.

399.Дано: | a | = 10, | b |= 2 и a b = 12. Вычислить | a × b |.

400.Дано: | a | = 3, | b |= 26 и | a × b |= 72. Вычислить a b .

401.Даны векторы a ={3; –1; –2} и b ={1; 2; –1}. Найти ко-

ординаты векторных произведений: 1) a × b ; 2) (2 a + b ) × b ;

3) (2 a a b ) ×(2 a + b ).

402. Даны точки A(2; – 1; 2), B(1; 2; – 1) и C(3; 2; 1). Най-

ти координаты векторных произведений: 1) AB × BC ;

2)( BC – 2 CA ) × CB .

403.Вычислить синус угла, образованного векторами a =

={2; – 2; 1} и b = {2; 3; 6}.

404.Вектор x , перпендикулярный к векторам a ={4; –2; –3}

и b = {0; 1; 3}, образует с осью Oy тупой угол. Зная, что | x |= 26, найти его координаты.

405.Найти вектор x , зная, что он перпендикулярен к векторам a = {2; – 1; 3} и b = {1; – 2; 3} и удовлетворяет условию:

x( i + 2 j – 7 k ) = 10.

406.Даны векторы a ={2; –3; 1}, b ={–3; 1; 2} и c ={1; 2; 3}.

Вычислить ( a × b ) × c и a ×( b × c ).

407.Даны точки A(1; 2; 0), B(3; 0; – 3) и C(5; 2; 6). Вычис-

лить площадь треугольника ABC.

408.Даны вершины треугольника A(1; – 1; 2), B(5; – 6; 2) и C(1; 3; – 1). Вычислить длину его высоты, опущенной из вершины B на сторону AC.

409. Определить и построить вектор c = a × b , если: 1) a = 3 i , b = 2 k ; 2) a = i + j , b = i j ; 3) a = 2 i + 3 j , b = 3 j + 2 k .

66

§ 2.3. ЗВНЪУрМУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУрУ‚

Найти в каждом случае площадь параллелограмма, построенного на векторах a и b .

410. Вычислить площадь треугольника с вершинами А(7; 3; 4),

В(1; 0; 6) и С(4; 5; –2).

 

 

411.

Построить параллелограмм на векторах a = 2

 

 

 

 

j

+ k

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

+ 2 k и вычислить его площадь и высоту.

 

= i

412.

Векторы a и

 

составляют угол 45º. Найти площадь

b

треугольника, построенного на векторах a – 2 b и 3 a + 2 b ,

если | a |= | b |= 5.

413. Найти площадь параллелограмма, диагоналями которого служат векторы 2 m n и 4 m – 5 n , где m и n — единичные векторы, образующие угол 45º.

414. Построить векторы a = 3 k – 2 j , b = 3 i –2 j и c = = a × b . Вычислить | c | и площадь треугольника, построенного на векторах a и b .

415.Построитьтреугольник с вершинами А(1; –2; 8), В(0; 0; 4)

иС(6; 2; 0). Вычислить площадь и высоту BD.

416.Вычислить диагонали и площадь параллелограмма,

построенного на векторах a = k j и b = i + j + k .

417. Найти площадь параллелограмма, построенного на

векторах a = m + 2 n и b = 2 m + n , где m и n — единичные векторы, образующие угол 30º.

418.Найти площадь треугольника с вершинами А(1; 2; 0),

В(3; 2; 1), С(– 2; 1; 2).

419.Найти площадь треугольника, построенного на векто-

рах a = i – 2 j + 5 k и b = 5 j – 7 k .

420.Найти площадь параллелограмма, построенного на векторах a = {8; 4; 1} и b = {2; – 2; 1}.

421.Векторы a и b образуют угол 45º. Найти площадь

треугольника, построенного на векторах a – 2 b и 3 a + 2 b ,

если | a |= | b |= 5.

67

ЙО‡‚‡ II. щОВПВМЪ˚ ‚ВНЪУрМУИ ‡О„В·р˚

422. Найти площадь

параллелограмма,

построенного на

векторах a = 3 p + 2 q

и

 

= 2 p q , где

| p |= 4, | q |= 3,

b

 

 

 

 

 

( p , q ) = 3π/4.

 

 

 

 

423.Найти площадь треугольника с вершинами А(1; – 2; 3),

В(0; – 1; 2), С(3; 4; 5).

424.Даны векторы a = {– 4; – 8; 8}, b = {4; 3; 2}. Найти векторное произведение, синус угла между ними, площадь параллелограмма, построенного на этих векторах.

425.Найти длины диагоналей и площадь параллелограмма,

построенного на векторах a = k j , b = i + j + k .

426.Даны вершины треугольника А(1; – 1; 2), В(5; – 6; 2), С(1; 3; –1). Найти длину его высоты, опущенной из вершины В на сторону АС.

427.Сила F = {2; – 4; 5} приложена к точке О(0; 2; 1). Оп-

ределить момент этой силы относительно точки А(– 1; 2; 3). 428. Дана сила F = {3; 4; – 2} и точка ее приложения А(2;

– 1; 3). Найти момент силы относительно точки О(0; 0; 0) и направление момента силы.

429. Три силы F1 = {2; 4; 6}, F2 = {1; – 2; 3} и F3 = {1; 1; –7}

приложены к точке А(3; – 4; 8). Найти величину и направляющие косинусы момента равнодействующей этих сил относительно точки В(4; – 2; 6).

430.Сила f ={3; 2; –4} приложена к точке А(2; –1; 1). Определить момент этой силы относительно начала координат.

431.Сила P = {2; – 4; 5} приложена к точке М (4; – 2; 3). Определить момент этой силы относительно точки А (3; 2; –1).

432.Сила Q = {3; 4; –2} приложена к точке С(2; – 1; – 2).

Определить величину и направляющие косинусы момента этой силы относительно начала координат.

433. Сила P = { 2; 2; 9} приложена к точке А(4; 2; –3). Оп-

ределить величину и направляющие косинусы момента этой силы относительно точки С(2; 4; 0).

68

§ 2.3. ЗВНЪУрМУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУрУ‚

434. Даны три силы M = { 2; – 1; – 3}, N = {3; 2; – 1} и

P = {– 4; 1; 3}, приложенные к точке С(– 1; 4; – 2). Определить величину и направляющие косинусы момента равнодействующей этих сил относительно точки А(2; 3; –1).

§ 2.4. лПВ¯‡ММУВ ФрУЛБ‚В‰ВМЛВ ‚ВНЪУрУ‚

Определение 1. Смешанным произведением трех векторов a , b , c называется число, равное векторному произведению

a× b , умноженному скалярно на вектор c , то есть a × b c . Имеет место тождество:

a ×

b

c = a

b

× c ,

(2.4.1)

поэтому смешанное произведение обозначается символом a b c , то есть

a

b

c = a ×

b

c = a

b

× c .

(2.4.2)

Свойства смешанного произведения:

1) a b c = c a b = b c a = – b a c = – a c b = – c b a ; 2) ( a + b ) c m= a c m+ b c m;

3) (λa )

b

 

c = λ( a

b

c );

 

 

 

 

 

4) a

 

c =0 Ù a ,

 

 

, c

— компланарные, при этом

b

b

между a ,

 

 

 

и c существует линейная зависимость вида

b

c =m a +n

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

Если векторы a ,

 

 

, c

 

заданы

своими

координатами:

b

a = {x1; y1; z1},

 

= {x2; y2; z2}, c = {x3; y3; z3}, то

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

c =

 

x1

y1

z1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x2

y2

z2

 

.

(2.4.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x3

y3

z3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

69

ЙО‡‚‡ II. щОВПВМЪ˚ ‚ВНЪУрМУИ ‡О„В·р˚

Объем V1 параллелепипеда, построенного на векторах a ,

b и c , и объем V2 образованной ими треугольной пирамиды, находятся по формулам:

 

V1 = | a

b

c |,

(2.4.4)

V2 =

1

V1 =

1

 

| a

 

c |.

(2.4.5)

 

b

6

6

 

 

 

 

 

 

 

 

бДСДзаь

435. Найти смешанное произведение векторов a =2 i j k , b = i + 3 j k , c = i + j + 4 k .

436. Показать, что векторы a = 2 i + 5 j + 7 k , b = i + j k , c = i + 2 j + 2 k компланарны.

437. Вычислить ( a b ) ( b – c) (c – a ).

438. Найти смешанное произведение векторов a = i j + k , b = i + j + k , c = 2 i + 3 j + 4 k .

439. Показать, чтовекторы a =7i –3 j +2 k , b =3i –7 j +8 k ,

c = i j + k компланарны.

440. Показать, что точки A(5; 7; – 2), B(3; 1; – 1), C(9; 4; – 4)

и D(1; 5; 0) лежат в одной плоскости.

441. Показать, что точки A(2; – 1; – 2), B(1; 2; 1), C(2; 3; 0)

и D(5; 0; –6) лежат в одной плоскости.

442. Показать, чтовекторы a =–i +3 j +2 k , b =2i –3 j –4 k , c = – 3 i + 12 j + 6 k компланарны, и разложить вектор c по векторам a и b .

443.Показать, что:

1)( a + b ) (( a + c ) × b )= – a b c ;

2)( a + 2 b c ) (( a b ) ×( a b c )) = 3 a b c .

70

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]