Выберем прямоугольную систему координат так,
чтобы направление оси абсцисс совпадала с направлением вектора . В этом случае вектор
имеет координаты
, при этом
.
Покажем, что для любого вектора
с координатами
верно равенство
. Пусть j – угол между векторами
и
,
тогда
и
.
Таким образом,
, и
, следовательно
. Аналогично для вектора
с координатами
имеем
.
Равенство (1.8) доказано.
Как видим, свойства скалярного произведения таковы, что проводя выкладки, можно раскрывать скобки, приводить подобные точно так же, как и с числами.
Пример 6. ;
.
Вопрос
Дано равенство .
Можно ли сократить обе части равенства на
?
Следует ли отсюда, что
?
Пример 7. Докажем с помощью скалярного произведения теорему косинусов.
Пусть в треугольнике ABC угол A равен j, ,
,
.
Запишем векторное равенство
и возведем обе
его части в квадрат. Получим:
, т. е.
. Теорема доказана.
Рассмотрим, как вычислить скалярное
произведение, когда векторы заданы своими координатами. Пусть в некотором базисе
даны вектор
и вектор
.
Это означает, что
и
. Тогда скалярное произведение этих
векторов
(1.9)
Раскрывая в (1.9) скобки, полуим пугающе громоздкое выражение
Его можно сильно упростить, если выбрать
базисные векторы ортогональными и единичными, т. е.
так, чтобы и
. В этом случае
скалярное произведение принимает удобный и компактный вид:
(1.10)
Формула (1.10) позволяет вычислить длину
вектора, заданного своими координатами. Для этого надо в (1.10) положить . Отсюда
(1.11)
Кроме того, (1.10) позволяет вычислить угол j между векторами, заданными своими координатами. Действительно, из определения скалярного произведения получаем
. (1.12)
Рассмотрим теперь применение скалярного произведения при решении задач.
Задача 1.36. Какому
условию должны удовлетворять неколлинеарные векторы и
, чтобы выполнялось условие
а)
b)
c)
Решение. Возведем обе части равенства a) в квадрат и получим
. Отсюда
следует
, т. е. угол между векторами
и
прямой.
Для вопроса b)
аналогично получаем
, т. е.
. Это означает, что угол между
векторами
и
острый,
т. к. косинус угла положителен. Для вопроса c) получаем
, т. е. угол между
векторами
и
тупой.
Задача 1.37. Найти
угол между векторами и
, если известно, что
и
,
.
Решение.
Пусть искомый угол равен j. Раскрывая скобки и приведя подобные, получаем , где
. Подставляя в
равенство значения длин векторов
и
, получаем
, т. е.
.
Задача 1.38. На плоскости заданы точки A (–6; 3), B (–7; 7), C (–3; 6), D (–2; 2). Доказать, что ABCD – ромб, и вычислить его площадь.
Решение.
Покажем сначала, что ABCD – параллелограмм. Найдем
координаты векторов и
. Для этого надо из координат конца
вектора вычесть координаты начала. Имеем
,
, т. е.
. Теперь покажем, что соседние
стороны AB и BC одинаковой длины. Для
этого вычислим модули векторов
и
. Имеем:
,
,
. Итак, ABCD –
действительно ромб. Вычислим площадь ромба как половину произведения его
диагоналей. Находим вектор
и его модуль
, затем вектор
и его модуль
. Отсюда площадь ромба рвана 15.
Задача 1.39.
Векторы и
служат
сторонами треугольника ABC. Найти длину медианы AM. Здесь
— орты прямоугольной системы
координат.
Решение.
Запишем очевидное равенство и, возводя его
в квадрат, получим
. Вычислим квадраты
модулей векторов
и
, а также скалярное произведение
. Отсюда находим
, т. е. длина медианы AM равна
.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.