Арифметичні операції над векторами.
3.2.1. Множення вектора на число.
Означення (множення вектора на число). Множення вектора на число
— це операція, результатом якої є вектор, паралельний вектору
, співнаправлений вектору
, якщо
додатне, і протилежно направлений, якщо
від’ємне, і який має довжину
.
Отже, множення вектора на число
— це розтягування або стискання вектора
в
разів (
> 1 — розтягування,
< 1 — стискання) з вибором того ж самого або протилежного напрямків, в залежності від того, додатне
, чи від’ємне.
3.2.2. Сума двох векторів.
Означення (суми двох векторів за правилом трикутника).Нехай є два вектори і
. Перенесемо вектор
так, щоби його початок співпав з кінцем вектора
. Сумою
називається вектор, який сполучає початок вектора
з кінцем вектора
.
Означення (суми двох векторів за правилом паралелограма). Нехай є два вектори і
. Перенесемо вектор
так, щоби його початок співпав з початком вектора
. Добудуємо вектори
і
до паралелограму, розглядаючи їх як суміжні сторони, проведемо діагональ паралелограму із спільного початку
і
, і зробимо цю діагональ вектором, встановивши його початком спільний початок
і
. Утворений таким способом вектор називається сумою
.
Теорема (про еквівалентність означень суми векторів). Означення суми векторів за правилом трикутника і за правилом паралелограму еквівалентні, тобто визначають один і той самий результуючий вектор.
Доведення. Довести самостійно, розглянувши відповідний малюнок.
Безпосередньо з означення суми векторів випливає властивість операції додавання векторів, яка називається комутативність:
Для доведення розглянемо малюнок:
Тоді .
— паралелограм.
Що вийде, якщо сполучити не кінець вектора з початком вектора
, а навпаки?
Нехай , тоді
.
Виконаємо паралельний перенос вектора в точку С, тоді
, тоді
, так як
— паралелограм, то
.
Виконаємо паралельний перенос вектора в точку О.
Отримуємо . Виконаємо паралельний перенос вектора
в точку С.
, тоді
- паралелограм, тобто
;
.
Також безпосередньо з означення суми векторів випливає властивість операції додавання векторів, яка називається асоціативність:
ß
3.2.3. Різниця двох векторів.
У шкільному підручнику з геометрії, як і в багатьох підручниках для вищої школи, означення різниці векторів вводиться, так би мовити, „самостійно” і проголошується, що коли є два вектори, і сполучити їх початки, і утворити вектор з початком у кінці вектора-від’ємника і з кінцем у кінці вектора-зменшуваного, то це і буде, за означенням, різниця даних векторів. Це правильно, але гранично заплутано. Насправді, таке заплутане означення є наслідком класичного означення різниці двох величин:
Означення (різниці двох векторів). Різницею двох векторів і
називається такий вектор
, сума якого з вектором
дасть вектор
.
Лема (про різницю векторів).
Доведення. На перший погляд може здатися, що нема чого доводити, але це — тільки на перший погляд. Дійсно, ліва частина формули — це результат операції, визначеної певним чином відповідним означенням. Права частина визначена означеннями операції множення вектора на число і операції додавання векторів. Отже, для доведення формули, треба взяти її праву частину , додати до неї вектор
і пересвідчитись, що в результаті буде отримано вектор
. Останнє довести самостійно, користуючись означеннями операцій множення вектора на число і додавання векторів.
З означення різниці векторів і з формули випливає геометричне правило побудови різниці двох векторів: суміщаємо (за допомогою паралельного переносу одного з векторів) початки векторів
і
; з’єднуємо кінці векторів
і
відрізком прямої; перетворюємо відрізок у вектор з напрямком від кінця вектора
до кінця вектора
; побудований вектор і є різницею векторів
і
.
3.2.4. Поняття лінійної комбінації векторів.
У формулюванні властивості асоціативності операції додавання векторів “задіяно” три вектори. Можна уявити ситуацію, коли результуючий вектор визначається будь-якою скінченною сукупністю “твірних” векторів (за приклад можна взяти знаходження результуючої сили у фізиці); при цьому вектори, що беруть участь у такій багатомісній операцій, можуть бути помножені на будь-які дійсні числа. Таким чином виникає поняття лінійної комбінації векторів:
Означення (лінійної комбінації векторів). Нехай задана будь-яка скінченна сукупність векторів
і така сама за кількістю сукупність дійсних чисел
.
Лінійною комбінацією вказаних векторів називається вираз
.
Зауваження. В означенні лінійної комбінації векторів залишився один невизначений момент, а саме: яким має бути порядок виконання операцій додавання? Відповідь: яким завгодно. Це випливає з властивості асоціативності операції додавання векторів (зрозуміло, що спочатку, у будь-якому порядку, ми множимо вектори на відповідні числа, а потім, у будь-якому порядку, сумуємо отримані вектори).
Дата добавления: 2021-05-28; просмотров: 487;