Conferenza: Coordinate vettoriali; prodotto scalare di vettori; angolo tra i vettori

Coordinate vettoriali

Quindi, come accennato in precedenza, un vettore è un segmento diretto che ha il proprio inizio e la propria fine. Se l'inizio e la fine sono rappresentati da determinati punti, hanno le proprie coordinate sul piano o nello spazio.

Se ogni punto ha le proprie coordinate, allora possiamo ottenere le coordinate dell'intero vettore.

Supponiamo di avere un vettore il cui inizio e fine hanno le seguenti designazioni e coordinate: A(A x ; Ay) e B(B x ; By)

Per ottenere le coordinate di un dato vettore è necessario sottrarre le corrispondenti coordinate dell'inizio dalle coordinate della fine del vettore:

Per determinare le coordinate di un vettore nello spazio, utilizzare la seguente formula:

Prodotto scalare di vettori

Esistono due modi per definire il concetto di prodotto scalare:

• Metodo geometrico. Secondo esso, il prodotto scalare è uguale al prodotto dei valori di questi moduli e del coseno dell'angolo compreso tra loro.

• Significato algebrico. Dal punto di vista dell'algebra, il prodotto scalare di due vettori è una certa quantità che si ottiene come risultato della somma dei prodotti dei vettori corrispondenti.

Se i vettori sono dati nello spazio, dovresti usare una formula simile:

Proprietà:

• Se moltiplichi scalarmente due vettori identici, il loro prodotto scalare non sarà negativo:

• Se il prodotto scalare di due vettori identici risulta essere uguale a zero, allora questi vettori sono considerati zero:

• Se un certo vettore viene moltiplicato per se stesso, il prodotto scalare sarà uguale al quadrato del suo modulo:

• Il prodotto scalare ha una proprietà comunicativa, cioè se i vettori vengono riorganizzati, il prodotto scalare non cambierà:

• Il prodotto scalare di vettori diversi da zero può essere uguale a zero solo se i vettori sono perpendicolari tra loro:

• Per un prodotto scalare di vettori, la legge commutativa è valida nel caso di moltiplicazione di uno dei vettori per un numero:

• Con un prodotto scalare puoi anche utilizzare la proprietà distributiva della moltiplicazione:

Angolo tra i vettori

Prodotto scalare di vettori

Continuiamo a occuparci dei vettori. Alla prima lezione Vettori per manichini Abbiamo esaminato il concetto di vettore, le azioni con i vettori, le coordinate vettoriali e i problemi più semplici con i vettori. Se sei arrivato a questa pagina per la prima volta da un motore di ricerca, ti consiglio vivamente di leggere l'articolo introduttivo sopra, poiché per padroneggiare il materiale devi avere familiarità con i termini e le notazioni che utilizzo, avere una conoscenza di base dei vettori e essere in grado di risolvere problemi di base. Questa lezione è una continuazione logica dell'argomento e in essa analizzerò in dettaglio attività tipiche che utilizzano il prodotto scalare di vettori. Questa è un'attività MOLTO IMPORTANTE.. Cerca di non saltare gli esempi; contengono un utile vantaggio: la pratica ti aiuterà a consolidare il materiale trattato e a migliorare nella risoluzione dei problemi comuni di geometria analitica.

Addizione di vettori, moltiplicazione di un vettore per un numero.... Sarebbe ingenuo pensare che i matematici non abbiano inventato qualcos'altro. Oltre alle azioni già discusse, esistono una serie di altre operazioni con i vettori, vale a dire: prodotto scalare di vettori, prodotto vettoriale di vettori E prodotto misto di vettori. Il prodotto scalare di vettori ci è familiare fin dalla scuola; gli altri due prodotti appartengono tradizionalmente al corso di matematica superiore. Gli argomenti sono semplici, l'algoritmo per risolvere molti problemi è semplice e comprensibile. L'unica cosa. C'è una discreta quantità di informazioni, quindi non è desiderabile provare a padroneggiare e risolvere TUTTO IN UNA VOLTA. Questo è particolarmente vero per i manichini, credetemi, l'autore non vuole assolutamente sentirsi come Chikatilo dalla matematica; Beh, non dalla matematica, ovviamente =) Gli studenti più preparati possono usare i materiali in modo selettivo, in un certo senso, "ottenere" la conoscenza mancante, per te sarò un innocuo Conte Dracula =)

Apriamo finalmente la porta e guardiamo con entusiasmo cosa succede quando due vettori si incontrano….

Definizione del prodotto scalare di vettori.
Proprietà del prodotto scalare. Compiti tipici

Il concetto di prodotto scalare

Prima di tutto angolo tra i vettori. Penso che tutti comprendano intuitivamente qual è l'angolo tra i vettori, ma per ogni evenienza, un po 'più di dettagli. Consideriamo vettori liberi diversi da zero e . Se tracci questi vettori da un punto arbitrario, otterrai un'immagine che molti hanno già immaginato mentalmente:

Lo ammetto, qui ho descritto la situazione solo a livello di comprensione. Se avete bisogno di una definizione rigorosa dell'angolo tra i vettori, fate riferimento al libro di testo per problemi pratici, in linea di principio non ci è di alcuna utilità; Anche QUI E QUI ignorerò i vettori zero in alcuni punti a causa del loro scarso significato pratico. Ho effettuato una prenotazione appositamente per i visitatori esperti del sito che potrebbero rimproverarmi l'incompletezza teorica di alcune affermazioni successive.

può assumere valori da 0 a 180 gradi (da 0 a radianti), compresi. Analiticamente, questo fatto si scrive sotto forma di una doppia disuguaglianza: O (in radianti).

In letteratura, il simbolo dell'angolo viene spesso tralasciato e scritto semplicemente.

Definizione: Il prodotto scalare di due vettori è un NUMERO pari al prodotto delle lunghezze di questi vettori e del coseno dell'angolo compreso tra loro:

Ora, questa è una definizione piuttosto rigorosa.

Ci concentriamo sulle informazioni essenziali:

Designazione: il prodotto scalare è indicato con o semplicemente.

Il risultato dell'operazione è un NUMERO: Il vettore viene moltiplicato per il vettore e il risultato è un numero. Infatti, se le lunghezze dei vettori sono numeri, il coseno di un angolo è un numero, quindi il loro prodotto sarà anche un numero.

Solo un paio di esempi di riscaldamento:

Esempio 1

Soluzione: Usiamo la formula . In questo caso:

Risposta:

I valori del coseno possono essere trovati in tavola trigonometrica. Consiglio di stamparlo: sarà necessario in quasi tutte le sezioni della torre e sarà necessario molte volte.

Da un punto di vista puramente matematico il prodotto scalare è adimensionale, cioè il risultato, in questo caso, è solo un numero e basta. Dal punto di vista dei problemi di fisica, un prodotto scalare ha sempre un certo significato fisico, cioè dopo il risultato deve essere indicata l'una o l'altra unità fisica. Un esempio canonico di calcolo del lavoro di una forza può essere trovato in qualsiasi libro di testo (la formula è esattamente un prodotto scalare). Il lavoro di una forza si misura in Joule, quindi la risposta sarà scritta in modo abbastanza specifico, ad esempio .

Esempio 2

Trova se e l'angolo tra i vettori è uguale a .

Questo è un esempio che puoi risolvere da solo, la risposta è alla fine della lezione.

Angolo tra vettori e valore del prodotto scalare

Nell'Esempio 1 il prodotto scalare è risultato positivo, mentre nell'Esempio 2 è risultato negativo. Scopriamo da cosa dipende il segno del prodotto scalare. Diamo un'occhiata alla nostra formula: . Le lunghezze dei vettori diversi da zero sono sempre positive: , quindi il segno può dipendere solo dal valore del coseno.

Nota: Per comprendere meglio le informazioni seguenti, è meglio studiare il grafico del coseno nel manuale Grafici e proprietà delle funzioni. Osserva come si comporta il coseno sul segmento.

Come già notato, l'angolo tra i vettori può variare all'interno , e sono possibili i seguenti casi:

1) Se angolo tra vettori speziato: (da 0 a 90 gradi), quindi , E il prodotto scalare sarà positivo co-diretto, allora l'angolo tra loro è considerato zero e anche il prodotto scalare sarà positivo. Poiché , la formula si semplifica: .

2) Se angolo tra vettori smussare: (da 90 a 180 gradi), quindi , e corrispondentemente, il prodotto scalare è negativo: . Caso speciale: se i vettori direzioni opposte, quindi viene considerato l'angolo tra loro allargato: (180 gradi). Anche il prodotto scalare è negativo, poiché

Sono vere anche le affermazioni inverse:

1) Se , allora l'angolo tra questi vettori è acuto. In alternativa, i vettori sono co-direzionali.

2) Se , allora l'angolo tra questi vettori è ottuso. In alternativa, i vettori sono in direzioni opposte.

Ma il terzo caso è di particolare interesse:

3) Se angolo tra vettori Dritto: (90 gradi), quindi il prodotto scalare è zero: . È vero anche il contrario: se , allora . L’affermazione può essere formulata in modo compatto come segue: Il prodotto scalare di due vettori è zero se e solo se i vettori sono ortogonali. Breve notazione matematica:

! Nota : Ripetiamo basi della logica matematica: Un'icona di conseguenza logica a doppia faccia viene solitamente letta "se e solo se", "se e solo se". Come puoi vedere, le frecce sono dirette in entrambe le direzioni: "da questo segue questo e viceversa - da quello segue questo". A proposito, qual è la differenza rispetto all'icona Segui unidirezionale? L'icona afferma solo quello, che “da questo consegue questo”, e non è un fatto che sia vero il contrario. Ad esempio: , ma non tutti gli animali sono pantere, quindi in questo caso non è possibile utilizzare l'icona. Allo stesso tempo, invece dell'icona Potere utilizzare l'icona unilaterale. Ad esempio, risolvendo il problema, abbiamo scoperto di aver concluso che i vettori sono ortogonali: - tale voce sarà corretta e ancor più appropriata di .

Il terzo caso ha un grande significato pratico, poiché consente di verificare se i vettori sono ortogonali o meno. Risolveremo questo problema nella seconda sezione della lezione.

Proprietà del prodotto scalare

Torniamo alla situazione in cui due vettori co-diretto. In questo caso, l'angolo tra loro è zero, e la formula del prodotto scalare assume la forma: .

Cosa succede se un vettore viene moltiplicato per se stesso? È chiaro che il vettore è allineato con se stesso, quindi utilizziamo la formula semplificata sopra:

Il numero viene chiamato quadrato scalare vettore e sono indicati come .

Così, il quadrato scalare di un vettore è uguale al quadrato della lunghezza del vettore dato:

Da questa uguaglianza possiamo ottenere una formula per calcolare la lunghezza del vettore:

Finora non sembra chiaro, ma gli obiettivi della lezione metteranno tutto al suo posto. Per risolvere i problemi anche noi abbiamo bisogno proprietà del prodotto scalare.

Per i vettori arbitrari e qualsiasi numero, sono vere le seguenti proprietà:

1) – commutativo o commutativo legge del prodotto scalare.

2) – distribuzione o distributivo legge del prodotto scalare. Semplicemente, puoi aprire le parentesi.

3) – associativo o associativo legge del prodotto scalare. La costante può essere derivata dal prodotto scalare.

Spesso tutti i tipi di proprietà (che devono anche essere dimostrate!) vengono percepite dagli studenti come spazzatura inutile, che deve solo essere memorizzata e dimenticata in modo sicuro subito dopo l'esame. Sembrerebbe che ciò che è importante qui, tutti sappiano già dalla prima elementare che la riorganizzazione dei fattori non cambia il prodotto: . Devo avvertirti che in matematica superiore è facile fare confusione con un approccio del genere. Quindi, ad esempio, la proprietà commutativa non è valida per matrici algebriche. Non è vero nemmeno per prodotto vettoriale di vettori. Pertanto, come minimo, è meglio approfondire tutte le proprietà che incontri in un corso di matematica superiore per capire cosa si può fare e cosa non si può fare.

Esempio 3

.

Soluzione: Innanzitutto, chiariamo la situazione con il vettore. Comunque, cos'è questo? La somma dei vettori è un vettore ben definito, indicato con . Un'interpretazione geometrica delle azioni con i vettori può essere trovata nell'articolo Vettori per manichini. Lo stesso prezzemolo con un vettore è la somma dei vettori e .

Quindi, a seconda della condizione, è necessario trovare il prodotto scalare. In teoria, è necessario applicare la formula di lavoro , ma il problema è che non conosciamo le lunghezze dei vettori e l'angolo tra loro. Ma la condizione fornisce parametri simili per i vettori, quindi prenderemo una strada diversa:

(1) Sostituisci le espressioni dei vettori.

(2) Apriamo le parentesi secondo la regola per moltiplicare i polinomi; nell'articolo si trova uno scioglilingua volgare Numeri complessi O Integrazione di una funzione frazionaria-razionale. Non mi ripeterò =) A proposito, la proprietà distributiva del prodotto scalare ci permette di aprire le parentesi. Ne abbiamo il diritto.

(3) Nel primo e nell'ultimo termine scriviamo in modo compatto i quadrati scalari dei vettori: . Nel secondo termine utilizziamo la commutabilità del prodotto scalare: .

(4) Presentiamo termini simili: .

(5) Nel primo termine utilizziamo la formula del quadrato scalare, di cui si è parlato non molto tempo fa. Nell'ultimo termine, quindi, funziona la stessa cosa: . Espandiamo il secondo termine secondo la formula standard .

(6) Sostituire queste condizioni , ed effettuare ATTENTAMENTE i calcoli finali.

Risposta:

Un valore negativo del prodotto scalare indica il fatto che l'angolo tra i vettori è ottuso.

Il problema è tipico, ecco un esempio per risolverlo da solo:

Esempio 4

Trovare il prodotto scalare dei vettori e se è noto .

Ora un altro compito comune, proprio per la nuova formula per la lunghezza di un vettore. La notazione qui sarà leggermente sovrapposta, quindi per chiarezza la riscriverò con una lettera diversa:

Esempio 5

Trova la lunghezza del vettore se .

Soluzione sarà il seguente:

(1) Forniamo l'espressione per il vettore .

(2) Usiamo la formula della lunghezza: , mentre l'intera espressione ve funge da vettore “ve”.

(3) Usiamo la formula scolastica per il quadrato della somma. Nota curiosamente come funziona qui: – in realtà è il quadrato della differenza, e, in effetti, è così. Chi lo desidera può riordinare i vettori: - succede la stessa cosa, fino alla risistemazione dei termini.

(4) Quanto segue è già familiare dai due problemi precedenti.

Risposta:

Poiché stiamo parlando di lunghezza, non dimenticare di indicare la dimensione - "unità".

Esempio 6

Trova la lunghezza del vettore se .

Questo è un esempio che puoi risolvere da solo. Soluzione completa e risposta alla fine della lezione.

Continuiamo a estrarre cose utili dal prodotto scalare. Consideriamo di nuovo la nostra formula . Usando la regola delle proporzioni, riportiamo le lunghezze dei vettori al denominatore del lato sinistro:

Scambiamo le parti:

Qual è il significato di questa formula? Se si conoscono le lunghezze di due vettori e il loro prodotto scalare, è possibile calcolare il coseno dell'angolo compreso tra questi vettori e, di conseguenza, l'angolo stesso.

Un prodotto scalare è un numero? Numero. Le lunghezze dei vettori sono numeri? Numeri. Ciò significa che anche una frazione è un numero. E se si conosce il coseno dell'angolo: , quindi utilizzando la funzione inversa è facile trovare l'angolo stesso: .

Esempio 7

Trova l'angolo tra i vettori e se lo sa .

Soluzione: Usiamo la formula:

Nella fase finale dei calcoli è stata utilizzata una tecnica tecnica, eliminando l'irrazionalità nel denominatore. Per eliminare l'irrazionalità, ho moltiplicato numeratore e denominatore per .

Quindi se , Quello:

I valori delle funzioni trigonometriche inverse possono essere trovati da tavola trigonometrica. Anche se questo accade raramente. Nei problemi di geometria analitica, molto più spesso qualche errore maldestro è del tipo , e il valore dell'angolo deve essere trovato approssimativamente utilizzando una calcolatrice. In realtà, vedremo un'immagine del genere più di una volta.

Risposta:

Ancora una volta, non dimenticare di indicare le dimensioni: radianti e gradi. Personalmente, per “risolvere tutte le domande” ovviamente, preferisco indicarle entrambe (a meno che la condizione, ovviamente, richieda di presentare la risposta solo in radianti o solo in gradi).

Ora puoi affrontare autonomamente un compito più complesso:

Esempio 7*

Date le lunghezze dei vettori e l'angolo tra loro. Trova l'angolo tra i vettori , .

Il compito non è tanto difficile quanto è multi-step.
Consideriamo l'algoritmo risolutivo:

1) In base alla condizione, devi trovare l'angolo tra i vettori e , quindi devi usare la formula .

2) Trovare il prodotto scalare (vedi Esempi n. 3, 4).

3) Trova la lunghezza del vettore e la lunghezza del vettore (vedi esempi n. 5, 6).

4) La fine della soluzione coincide con l'Esempio n. 7 - conosciamo il numero , il che significa che è facile trovare l'angolo stesso:

Una breve soluzione e risposta alla fine della lezione.

La seconda sezione della lezione è dedicata allo stesso prodotto scalare. Coordinate. Sarà ancora più semplice rispetto alla prima parte.

Prodotto scalare di vettori,
data dalle coordinate in base ortonormale

Risposta:

Inutile dire che avere a che fare con le coordinate è molto più piacevole.

Esempio 14

Trova il prodotto scalare dei vettori e se

Questo è un esempio che puoi risolvere da solo. Qui puoi usare l'associatività dell'operazione, cioè non contare , ma prendi subito la tripla esterna al prodotto scalare e moltiplicala per quest'ultima. La soluzione e la risposta sono alla fine della lezione.

A fine paragrafo, un esempio provocatorio sul calcolo della lunghezza di un vettore:

Esempio 15

Trova le lunghezze dei vettori , Se

Soluzione: Il metodo della sezione precedente si ripropone: ma esiste un altro modo:

Troviamo il vettore:

E la sua lunghezza secondo la formula banale :

Il prodotto scalare non è affatto rilevante qui!

Inoltre non è utile quando si calcola la lunghezza di un vettore:
Fermare. Non dovremmo sfruttare l'ovvia proprietà della lunghezza del vettore? Cosa puoi dire sulla lunghezza del vettore? Questo vettore è 5 volte più lungo del vettore. La direzione è opposta, ma questo non ha importanza, perché parliamo di lunghezza. Ovviamente la lunghezza del vettore è uguale al prodotto modulo numeri per lunghezza del vettore:
– il segno del modulo “mangia” l’eventuale meno del numero.

Così:

Risposta:

Formula per il coseno dell'angolo tra i vettori specificati dalle coordinate

Ora abbiamo informazioni complete per esprimere la formula precedentemente derivata per il coseno dell'angolo tra i vettori attraverso le coordinate dei vettori:

Coseno dell'angolo tra vettori piani e , specificato in base ortonormale, espresso dalla formula:
.

Coseno dell'angolo tra i vettori spaziali, specificato in base ortonormale, espresso dalla formula:

Esempio 16

Dati tre vertici di un triangolo. Trova (angolo del vertice).

Soluzione: A seconda delle condizioni, il disegno non è richiesto, ma comunque:

L'angolo richiesto è contrassegnato da un arco verde. Ricordiamo subito la designazione scolastica dell'angolo: – particolare attenzione a media lettera: questo è il vertice dell'angolo di cui abbiamo bisogno. Per brevità potresti anche scrivere semplicemente .

Dal disegno è abbastanza evidente che l'angolo del triangolo coincide con l'angolo tra i vettori e, in altre parole: .

È consigliabile imparare a eseguire l'analisi mentalmente.

Troviamo i vettori:

Calcoliamo il prodotto scalare:

E le lunghezze dei vettori:

Coseno dell'angolo:

Questo è esattamente l'ordine di completamento dell'attività che consiglio ai manichini. I lettori più esperti possono scrivere i calcoli “in una riga”:

Ecco un esempio di un valore del coseno “cattivo”. Il valore risultante non è definitivo, quindi non ha molto senso eliminare l'irrazionalità nel denominatore.

Troviamo l'angolo stesso:

Se guardi il disegno, il risultato è abbastanza plausibile. Per verificare l'angolo può essere misurato anche con un goniometro. Non danneggiare la copertura del monitor =)

Risposta:

Nella risposta non lo dimentichiamo ha chiesto dell'angolo di un triangolo(e non sull'angolo tra i vettori), non dimenticare di indicare la risposta esatta: e il valore approssimativo dell'angolo: , trovato utilizzando una calcolatrice.

Chi ha apprezzato il procedimento può calcolare gli angoli e verificare la validità dell'uguaglianza canonica

Esempio 17

Un triangolo è definito nello spazio dalle coordinate dei suoi vertici. Trova l'angolo tra i lati e

Questo è un esempio che puoi risolvere da solo. Soluzione completa e risposta alla fine della lezione

Una breve sezione finale sarà dedicata alle proiezioni, che coinvolgono anche un prodotto scalare:

Proiezione di un vettore su un vettore. Proiezione di un vettore sugli assi coordinati.
Coseni direzionali di un vettore

Consideriamo i vettori e:

Proiettiamo il vettore sul vettore; per fare ciò, omettiamo l'inizio e la fine del vettore perpendicolari al vettore (linee verdi tratteggiate). Immagina che i raggi di luce cadano perpendicolarmente sul vettore. Quindi il segmento (linea rossa) sarà l '"ombra" del vettore. In questo caso la proiezione del vettore sul vettore è la LUNGHEZZA del segmento. Cioè, LA PROIEZIONE È UN NUMERO.

Questo NUMERO è indicato come segue: , “vettore grande” indica il vettore QUALE progetto, “vettore piccolo pedice” denota il vettore SU che viene proiettato.

La voce stessa recita così: “proiezione del vettore “a” sul vettore “be”.”

Cosa succede se il vettore "be" è "troppo corto"? Disegniamo una linea retta contenente il vettore “be”. E il vettore “a” sarà già proiettato nella direzione del vettore "be", semplicemente - alla retta contenente il vettore “be”. La stessa cosa accadrà se il vettore “a” viene posticipato al trentesimo regno: sarà comunque facilmente proiettato sulla retta contenente il vettore “be”.

Se l'angolo tra vettori speziato(come nella foto), quindi

Se i vettori ortogonale, quindi (la proiezione è un punto le cui dimensioni sono considerate zero).

Se l'angolo tra vettori smussare(nella figura, riorganizzare mentalmente la freccia del vettore), quindi (la stessa lunghezza, ma presa con un segno meno).

Tracciamo questi vettori da un punto:

Ovviamente, quando un vettore si muove, la sua proiezione non cambia

Il prodotto incrociato e il prodotto scalare semplificano il calcolo dell'angolo tra i vettori. Siano dati due vettori $\overline(a)$ e $\overline(b)$, l'angolo orientato tra loro è uguale a $\varphi$. Calcoliamo i valori $x = (\overline(a),\overline(b))$ e $y = [\overline(a),\overline(b)]$. Quindi $x=r\cos\varphi$, $y=r\sin\varphi$, dove $r=|\overline(a)|\cdot|\overline(b)|$ e $\varphi$ è il angolo desiderato, ovvero il punto $(x, y)$ ha un angolo polare pari a $\varphi$, e quindi $\varphi$ può essere trovato come atan2(y, x).

Area di un triangolo

Poiché il prodotto vettoriale contiene il prodotto di due lunghezze vettoriali e il coseno dell'angolo compreso tra loro, il prodotto vettoriale può essere utilizzato per calcolare l'area del triangolo ABC:

$ S_(ABC) = \frac(1)(2)|[\overline(AB),\overline(AC)]| $.

Appartenenza di un punto ad una retta

Siano dati un punto $P$ e una retta $AB$ (data da due punti $A$ e $B$). È necessario verificare se un punto appartiene alla linea $AB$.

Un punto appartiene alla retta $AB$ se e solo se i vettori $AP$ e $AB$ sono collineari, cioè se $ [ \overline(AP), \overline(AB)]=0 $.

Appartenenza di un punto ad un raggio

Siano dati un punto $P$ e una semiretta $AB$ (definiti da due punti: l'inizio della semiretta $A$ e un punto sulla semiretta $B$). Occorre verificare se un punto appartiene al raggio $AB$.

Alla condizione che il punto $P$ appartenga alla retta $AB$, è necessario aggiungere un'ulteriore condizione: i vettori $AP$ e $AB$ sono codirezionali, cioè sono collineari e il loro prodotto scalare è non negativo, ovvero $(\overline(AB), \overline(AP ))\ge 0$.

Appartenenza di un punto ad un segmento

Siano dati un punto $P$ e un segmento $AB$. È necessario verificare se un punto appartiene al segmento $AB$.

In questo caso il punto deve appartenere sia al raggio $AB$ che al raggio $BA$, quindi devono essere verificate le seguenti condizioni:

$[\overline(AP), \overline(AB)]=0$,

$(\overline(AB), \overline(AP))\ge 0$,

$(\overline(BA), \overline(BP))\ge 0$.

Distanza dal punto alla linea

Siano dati un punto $P$ e una retta $AB$ (data da due punti $A$ e $B$). È necessario trovare la distanza dal punto della linea $AB$.

Consideriamo il triangolo ABP. Da un lato la sua area è uguale a $S_(ABP)=\frac(1)(2)|[\overline(AB),\overline(AP) ]|$.

La sua area è invece pari a $S_(ABP)= \frac(1)(2)h |AB|$, dove $h$ è l'altezza caduta dal punto $P$, cioè la distanza da $P$ a $AB$. Dove $h=|[\overline(AB),\overline(AP)]|/|AB|$.

Distanza dal punto al raggio

Siano dati un punto $P$ e una semiretta $AB$ (definiti da due punti: l'inizio della semiretta $A$ e un punto sulla semiretta $B$). È necessario trovare la distanza da un punto a una semiretta, cioè la lunghezza del segmento più corto dal punto $P$ a qualsiasi punto della semiretta.

Questa distanza è uguale alla lunghezza $AP$ o alla distanza dal punto $P$ alla linea $AB$. Quale dei casi si verifica può essere facilmente determinato dalla posizione relativa del raggio e del punto. Se l'angolo PAB è acuto, cioè $(\overline(AB),\overline(AP)) > 0$, allora la risposta sarà la distanza dal punto $P$ alla retta $AB$, altrimenti la risposta sarà la lunghezza del segmento $AB$.

Distanza da punto a segmento

Siano dati un punto $P$ e un segmento $AB$. È necessario trovare la distanza da $P$ al segmento $AB$.

Se la base della perpendicolare caduta da $P$ sulla retta $AB$ cade sul segmento $AB$, cosa verificabile dalle condizioni

$(\overline(AP), \overline(AB))\ge 0$,

$(\overline(BP), \overline(BA))\ge 0$,

allora la risposta sarà la distanza dal punto $P$ alla linea $AB$. Altrimenti la distanza sarà pari a $\min(AP, BP)$.

Ci saranno anche problemi che dovrai risolvere da solo, di cui potrai vedere le risposte.

Se nel problema sia la lunghezza dei vettori che l'angolo tra loro sono presentati "su un piatto d'argento", la condizione del problema e la sua soluzione assomigliano a questa:

Esempio 1. Sono dati i vettori. Trova il prodotto scalare dei vettori se le loro lunghezze e l'angolo tra loro sono rappresentati dai seguenti valori:

Vale anche un’altra definizione, del tutto equivalente alla definizione 1.

Definizione 2. Il prodotto scalare di vettori è un numero (scalare) pari al prodotto della lunghezza di uno di questi vettori e della proiezione di un altro vettore sull'asse determinato dal primo di questi vettori. Formula secondo la definizione 2:

Risolveremo il problema utilizzando questa formula dopo il prossimo importante punto teorico.

Definizione del prodotto scalare di vettori in termini di coordinate

Lo stesso numero può essere ottenuto se ai vettori moltiplicati vengono date le loro coordinate.

Definizione 3. Il prodotto scalare dei vettori è un numero uguale alla somma dei prodotti a coppie delle loro coordinate corrispondenti.

In superficie

Se due vettori e sul piano sono definiti da loro due Coordinate cartesiane rettangolari

quindi il prodotto scalare di questi vettori è uguale alla somma dei prodotti a coppie delle loro coordinate corrispondenti:

.

Esempio 2. Trova il valore numerico della proiezione del vettore sull'asse parallelo al vettore.

Soluzione. Troviamo il prodotto scalare dei vettori sommando i prodotti a coppie delle loro coordinate:

Ora dobbiamo equiparare il prodotto scalare risultante al prodotto della lunghezza del vettore e alla proiezione del vettore su un asse parallelo al vettore (secondo la formula).

Troviamo la lunghezza del vettore come radice quadrata della somma dei quadrati delle sue coordinate:

.

Creiamo un'equazione e la risolviamo:

Risposta. Il valore numerico richiesto è meno 8.

Nello spazio

Se due vettori e nello spazio sono definiti dalle loro tre coordinate cartesiane rettangolari

,

quindi anche il prodotto scalare di questi vettori è uguale alla somma dei prodotti a coppie delle loro coordinate corrispondenti, solo che ci sono già tre coordinate:

.

Il compito di trovare il prodotto scalare utilizzando il metodo considerato è dopo aver analizzato le proprietà del prodotto scalare. Perché nel problema dovrai determinare quale angolo formano i vettori moltiplicati.

Proprietà del prodotto scalare di vettori

Proprietà algebriche

1. (proprietà commutativa: invertire i posti dei vettori moltiplicati non cambia il valore del loro prodotto scalare).

2. (proprietà associativa rispetto ad un fattore numerico: il prodotto scalare di un vettore moltiplicato per un fattore e di un altro vettore è uguale al prodotto scalare di questi vettori moltiplicato per lo stesso fattore).

3. (proprietà distributiva relativa alla somma dei vettori: il prodotto scalare della somma di due vettori per il terzo vettore è uguale alla somma dei prodotti scalari del primo vettore per il terzo vettore e del secondo vettore per il terzo vettore).

4. (quadrato scalare del vettore maggiore di zero), se è un vettore diverso da zero e , se è un vettore zero.

Proprietà geometriche

Nelle definizioni dell'operazione in esame abbiamo già toccato il concetto di angolo tra due vettori. E' giunto il momento di chiarire questo concetto.

Nella figura sopra puoi vedere due vettori che vengono portati ad un'origine comune. E la prima cosa a cui devi prestare attenzione è che ci sono due angoli tra questi vettori: φ 1 E φ 2 . Quale di questi angoli compare nelle definizioni e proprietà del prodotto scalare di vettori? La somma degli angoli considerati è 2 π e quindi i coseni di questi angoli sono uguali. La definizione di prodotto scalare include solo il coseno dell'angolo e non il valore della sua espressione. Ma le proprietà considerano solo un angolo. E questo è quello dei due angoli che non eccede π , cioè 180 gradi. Nella figura questo angolo è indicato come φ 1 .

1. Vengono chiamati due vettori ortogonale E l'angolo tra questi vettori è dritto (90 gradi o π /2 ), se il prodotto scalare di questi vettori è zero :

.

L'ortogonalità nell'algebra vettoriale è la perpendicolarità di due vettori.

2. Si compongono due vettori diversi da zero angolo acuto (da 0 a 90 gradi o, che è lo stesso, meno π il prodotto scalare è positivo .

3. Si compongono due vettori diversi da zero angolo ottuso (da 90 a 180 gradi o, che è lo stesso, di più π /2) se e solo se loro il prodotto scalare è negativo .

Esempio 3. Le coordinate sono date dai vettori:

.

Calcolare i prodotti scalari di tutte le coppie di vettori dati. Quale angolo (acuto, retto, ottuso) formano queste coppie di vettori?

Soluzione. Calcoleremo sommando i prodotti delle coordinate corrispondenti.

Abbiamo un numero negativo, quindi i vettori formano un angolo ottuso.

Abbiamo ottenuto un numero positivo, quindi i vettori formano un angolo acuto.

Abbiamo ottenuto zero, quindi i vettori formano un angolo retto.

Abbiamo ottenuto un numero positivo, quindi i vettori formano un angolo acuto.

.

Abbiamo ottenuto un numero positivo, quindi i vettori formano un angolo acuto.

Per l'autotest è possibile utilizzare calcolatrice online Prodotto scalare di vettori e coseno dell'angolo compreso tra loro .

Esempio 4. Date le lunghezze di due vettori e l'angolo tra loro:

.

Determina a quale valore del numero i vettori e sono ortogonali (perpendicolari).

Soluzione. Moltiplichiamo i vettori utilizzando la regola per moltiplicare i polinomi:

Ora calcoliamo ciascun termine:

.

Creiamo un'equazione (il prodotto è uguale a zero), aggiungiamo termini simili e risolviamo l'equazione:

Risposta: abbiamo ottenuto il valore λ = 1,8, in cui i vettori sono ortogonali.

Esempio 5. Dimostrare che il vettore ortogonale (perpendicolare) al vettore

Soluzione. Per verificare l'ortogonalità, moltiplichiamo i vettori e come polinomi, sostituendo invece l'espressione data nella formulazione del problema:

.

Per fare ciò, è necessario moltiplicare ciascun termine (termine) del primo polinomio per ciascun termine del secondo e aggiungere i prodotti risultanti:

.

Nel risultato risultante, la frazione viene ridotta di. Si ottiene il seguente risultato:

Conclusione: come risultato della moltiplicazione abbiamo ottenuto zero, quindi è dimostrata l'ortogonalità (perpendicolarità) dei vettori.

Risolvi tu stesso il problema e poi vedi la soluzione

Esempio 6. Sono date le lunghezze dei vettori e e l'angolo tra questi vettori è π /4 . Determinare a quale valore μ vettori e sono tra loro perpendicolari.

Per l'autotest è possibile utilizzare calcolatrice online Prodotto scalare di vettori e coseno dell'angolo compreso tra loro .

Rappresentazione matriciale del prodotto scalare di vettori e del prodotto di vettori n-dimensionali

A volte è vantaggioso per chiarezza rappresentare due vettori moltiplicati sotto forma di matrici. Quindi il primo vettore è rappresentato come una matrice di righe e il secondo come una matrice di colonne:

Quindi sarà il prodotto scalare dei vettori il prodotto di queste matrici :

Il risultato è lo stesso ottenuto con il metodo che abbiamo già considerato. Abbiamo ottenuto un singolo numero e anche il prodotto di una matrice di righe per una matrice di colonne è un singolo numero.

È conveniente rappresentare il prodotto di vettori astratti n-dimensionali in forma matriciale. Pertanto, il prodotto di due vettori quadridimensionali sarà il prodotto di una matrice riga con quattro elementi per una matrice colonna anch'essa con quattro elementi, il prodotto di due vettori pentadimensionali sarà il prodotto di una matrice riga con cinque elementi per una matrice di colonne anch'essa con cinque elementi, e così via.

Esempio 7. Trova prodotti scalari di coppie di vettori

,

utilizzando la rappresentazione matriciale.

Soluzione. La prima coppia di vettori. Rappresentiamo il primo vettore come una matrice di righe e il secondo come una matrice di colonne. Troviamo il prodotto scalare di questi vettori come il prodotto di una matrice di righe e una matrice di colonne:

Allo stesso modo rappresentiamo la seconda coppia e troviamo:

Come puoi vedere, i risultati sono stati gli stessi delle stesse coppie dell'esempio 2.

Angolo tra due vettori

La derivazione della formula per il coseno dell'angolo tra due vettori è molto bella e concisa.

Esprimere il prodotto scalare di vettori

(1)

in forma di coordinate troviamo innanzitutto il prodotto scalare dei vettori unitari. Il prodotto scalare di un vettore con se stesso per definizione:

Ciò che è scritto nella formula sopra significa: il prodotto scalare di un vettore con se stesso è uguale al quadrato della sua lunghezza. Il coseno di zero è uguale a uno, quindi il quadrato di ciascuna unità sarà uguale a uno:

Poiché i vettori

sono perpendicolari a coppie, allora i prodotti a coppie dei versori saranno uguali a zero:

Ora eseguiamo la moltiplicazione dei polinomi vettoriali:

Sostituiamo i valori dei corrispondenti prodotti scalari dei vettori unitari nella parte destra dell'uguaglianza:

Otteniamo la formula per il coseno dell'angolo tra due vettori:

Esempio 8. Vengono assegnati tre punti UN(1;1;1), B(2;2;1), C(2;1;2).

Trova l'angolo.

Soluzione. Trovare le coordinate dei vettori:

,

.

Usando la formula dell'angolo coseno otteniamo:

Quindi, .

Per l'autotest è possibile utilizzare calcolatrice online Prodotto scalare di vettori e coseno dell'angolo compreso tra loro .

Esempio 9. Sono dati due vettori

Trova la somma, la differenza, la lunghezza, il prodotto scalare e l'angolo tra loro.

2.Differenza

Definizione 1

Il prodotto scalare dei vettori è un numero uguale al prodotto delle dine di questi vettori e del coseno dell'angolo compreso tra loro.

La notazione per il prodotto dei vettori a → e b → ha la forma a → , b → . Trasformiamolo nella formula:

a → , b → = a → · b → · cos a → , b → ^ . a → eb → denotano le lunghezze dei vettori, a → , b → ^ - designazione dell'angolo tra determinati vettori. Se almeno un vettore è zero, cioè ha valore 0, il risultato sarà uguale a zero, a → , b → = 0

Moltiplicando un vettore per se stesso otteniamo il quadrato della sua lunghezza:

a → , b → = a → b → cos a → , a → ^ = a → 2 cos 0 = a → 2

Definizione 2

La moltiplicazione scalare di un vettore per se stesso è detta quadrato scalare.

Calcolato dalla formula:

a → , b → = a → · b → · cos a → , b → ^ .

La notazione a → , b → = a → · b → · cos a → , b → ^ = a → · n p a → b → = b → · n p b → a → mostra che n p b → a → è la proiezione numerica di a → su b → , n p a → a → - proiezione di b → su a →, rispettivamente.

Formuliamo la definizione di prodotto per due vettori:

Il prodotto scalare di due vettori a → per b → è chiamato rispettivamente il prodotto della lunghezza del vettore a → per la proiezione b → per la direzione di a → o il prodotto della lunghezza b → per la proiezione a →.

Prodotto scalare in coordinate

Il prodotto scalare può essere calcolato utilizzando le coordinate dei vettori in un dato piano o nello spazio.

Il prodotto scalare di due vettori su un piano, nello spazio tridimensionale, è chiamato somma delle coordinate di dati vettori a → e b →.

Quando si calcola il prodotto scalare di determinati vettori a → = (a x , a y) , b → = (b x , b y) sul piano del sistema cartesiano, utilizzare:

un → , b → = un x b x + a y by y ,

per lo spazio tridimensionale vale la seguente espressione:

a → , b → = a x · b x + a y · b y + a z · b z .

In effetti, questa è la terza definizione del prodotto scalare.

Dimostriamolo.

Prova 1

Per dimostrarlo, usiamo a → , b → = a → · b → · cos a → , b → ^ = a x · b x + a y · b y per i vettori a → = (a x , a y) , b → = (b x , b y) sul sistema cartesiano.

I vettori dovrebbero essere messi da parte

O UN → = un → = un X , un y e O B → = b → = b X , b y .

Quindi la lunghezza del vettore A B → sarà uguale a A B → = O B → - O A → = b → - a → = (b x - a x , b y - a y) .

Considera il triangolo O A B .

A B 2 = O A 2 + O B 2 - 2 · O A · O B · cos (∠ A O B) è corretto in base al teorema del coseno.

Secondo la condizione, è chiaro che O A = a → , O B = b → , A B = b → - a → , ∠ A O B = a → , b → ^ , il che significa che scriviamo la formula per trovare l'angolo tra i vettori in modo diverso

b → - a → 2 = a → 2 + b → 2 - 2 · a → · b → · cos (a → , b → ^) .

Allora dalla prima definizione segue che b → - a → 2 = a → 2 + b → 2 - 2 · (a → , b →) , che significa (a → , b →) = 1 2 · (a → 2 + b → 2 - b → - a → 2) .

Applicando la formula per il calcolo della lunghezza dei vettori, otteniamo:
a → , b → = 1 2 · ((a 2 x + a y 2) 2 + (b 2 x + b y 2) 2 - ((b x - a x) 2 + (b y - a y) 2) 2) = = 1 2 (a 2 x + a 2 y + b 2 x + b 2 y - (b x - a x) 2 - (b y - a y) 2) = = a x b x + a y b y

Dimostriamo le uguaglianze:

(a → , b →) = a → b → cos (a → , b → ^) = = a x b x + a y b y + a z b z

– rispettivamente per i vettori dello spazio tridimensionale.

Il prodotto scalare di vettori con coordinate dice che il quadrato scalare di un vettore è uguale alla somma dei quadrati delle sue coordinate rispettivamente nello spazio e nel piano. a → = (a X , a y , a z) , b → = (b x , b y , b z) e (a → , a →) = a x 2 + a y 2 .

Prodotto scalare e sue proprietà

Esistono proprietà del prodotto scalare che si applicano ad a →, b → e c →:

1. commutatività (a → , b →) = (b → , a →) ;
2. distributività (a → + b → , c →) = (a → , c →) + (b → , c →) , (a → + b → , c →) = (a → , b →) + (a → , c→) ;
3. proprietà combinatoria (λ · a → , b →) = λ · (a → , b →), (a → , λ · b →) = λ · (a → , b →), λ - qualsiasi numero;
4. il quadrato scalare è sempre maggiore di zero (a → , a →) ≥ 0, dove (a → , a →) = 0 nel caso in cui a → zero.

Esempio 1

Le proprietà sono spiegabili grazie alla definizione del prodotto scalare sul piano e alle proprietà di addizione e moltiplicazione dei numeri reali.

Dimostrare la proprietà commutativa (a → , b →) = (b → , a →) . Dalla definizione abbiamo che (a → , b →) = a y · b y + a y · b y e (b → , a →) = b x · a x + b y · a y .

Per la proprietà della commutatività, le uguaglianze a x · b x = b x · a x e a y · b y = b y · a y sono vere, il che significa a x · b x + a y · b y = b x · a x + b y · a y .

Ne consegue che (a → , b →) = (b → , a →) . Q.E.D.

La distributività è valida per qualsiasi numero:

(a (1) → + a (2) → + . . . + a (n) → , b →) = (a (1) → , b →) + (a (2) → , b →) + . . . + (a (n) → , b →)

e (a → , b (1) → + b (2) → + . . . + b (n) →) = (a → , b (1) →) + (a → , b (2) →) + . . . + (a → , b → (n)) ,

quindi abbiamo

(a (1) → + a (2) → + . . . + a (n) → , b (1) → + b (2) → + . . . + b (m) →) = = (a ( 1) → , b (1) →) + (a (1) → , b (2) →) + . . . + (a (1) → , b (m) →) + + (a (2) → , b (1) →) + (a (2) → , b (2) →) + . . . + (a (2) → , b (m) →) + . . . + + (a (n) → , b (1) →) + (a (n) → , b (2) →) + . . . + (a (n) → , b (m) →)

Prodotto punto con esempi e soluzioni

Qualsiasi problema di questo tipo viene risolto utilizzando le proprietà e le formule relative al prodotto scalare:

1. (a → , b →) = a → · b → · cos (a → , b → ^) ;
2. (a → , b →) = a → · n p a → b → = b → · n p b → a → ;
3. (a → , b →) = a x · b x + a y · b y oppure (a → , b →) = a x · b x + a y · b y + a z · b z ;
4. (a → , a →) = a → 2 .

Diamo un'occhiata ad alcune soluzioni di esempio.

Esempio 2

La lunghezza di a → è 3, la lunghezza di b → è 7. Trova il prodotto scalare se l'angolo ha 60 gradi.

Soluzione

Per condizione, abbiamo tutti i dati, quindi li calcoliamo utilizzando la formula:

(a → , b →) = a → b → cos (a → , b → ^) = 3 7 cos 60 ° = 3 7 1 2 = 21 2

Risposta: (a → , b →) = 21 2 .

Esempio 3

Dati i vettori a → = (1 , - 1 , 2 - 3) , b → = (0 , 2 , 2 + 3) . Qual è il prodotto scalare?

Soluzione

Questo esempio considera la formula per il calcolo delle coordinate, poiché sono specificate nella dichiarazione del problema:

(a → , b →) = a x · b x + a y · b y + a z · b z = = 1 · 0 + (- 1) · 2 + (2 + 3) · (2 ​​​​+ 3) = = 0 - 2 + ( 2 - 9) = - 9

Risposta: (a → , b →) = - 9

Esempio 4

Trova il prodotto scalare di A B → e A C →. I punti A (1, - 3), B (5, 4), C (1, 1) sono dati sul piano delle coordinate.

Soluzione

Per cominciare, vengono calcolate le coordinate dei vettori, poiché per condizione vengono fornite le coordinate dei punti:

A B → = (5 - 1, 4 - (- 3)) = (4, 7) A C → = (1 - 1, 1 - (- 3)) = (0, 4)

Sostituendo nella formula utilizzando le coordinate, otteniamo:

(A B →, A C →) = 4 0 + 7 4 = 0 + 28 = 28.

Risposta: (A B → , A C →) = 28 .

Esempio 5

Dati i vettori a → = 7 · m → + 3 · n → eb → = 5 · m → + 8 · n → , trovare il loro prodotto. m → uguale a 3 en → uguale a 2 unità, sono perpendicolari.

Soluzione

(a → , b →) = (7 · m → + 3 · n → , 5 · m → + 8 · n →) . Applicando la proprietà distributiva si ottiene:

(7 m → + 3 n →, 5 m → + 8 n →) = = (7 m →, 5 m →) + (7 m →, 8 n →) + (3 n → , 5 m →) + ( 3 n → , 8 n →)

Togliamo il coefficiente dal segno del prodotto e otteniamo:

(7 m → , 5 m →) + (7 m → , 8 n →) + (3 n → , 5 m →) + (3 n → , 8 n →) = = 7 · 5 · (m → , m →) + 7 · 8 · (m → , n →) + 3 · 5 · (n → , m →) + 3 · 8 · (n → , n →) = = 35 · (m → , m →) + 56 · (m → , n →) + 15 · (n → , m →) + 24 · (n → , n →)

Per la proprietà della commutatività trasformiamo:

35 · (m → , m →) + 56 · (m → , n →) + 15 · (n → , m →) + 24 · (n → , n →) = = 35 · (m → , m →) + 56 · (m → , n →) + 15 · (m → , n →) + 24 · (n → , n →) = = 35 · (m → , m →) + 71 · (m → , n → ) + 24 · (n → , n →)

Di conseguenza otteniamo:

(a → , b →) = 35 · (m → , m →) + 71 · (m → , n →) + 24 · (n → , n →) .

Ora applichiamo la formula per il prodotto scalare con l'angolo specificato dalla condizione:

(a → , b →) = 35 · (m → , m →) + 71 · (m → , n →) + 24 · (n → , n →) = = 35 · m → 2 + 71 · m → · n → · cos (m → , n → ^) + 24 · n → 2 = 35 · 3 2 + 71 · 3 · 2 · cos π 2 + 24 · 2 2 = 411 .

Risposta: (a → , b →) = 411

Se c'è una proiezione numerica.

Esempio 6

Trova il prodotto scalare di a → e b →. Il vettore a → ha coordinate a → = (9, 3, - 3), proiezione b → con coordinate (- 3, - 1, 1).

Soluzione

A condizione, i vettori a → e la proiezione b → hanno direzioni opposte, perché a → = - 1 3 · n p a → b → → , il che significa che la proiezione b → corrisponde alla lunghezza n p a → b → → , e con “ -" cartello:

n p un → b → → = - n p un → b → → = - (- 3) 2 + (- 1) 2 + 1 2 = - 11 ,

Sostituendo nella formula otteniamo l'espressione:

(a → , b →) = a → · n p a → b → → = 9 2 + 3 2 + (- 3) 2 · (- 11) = - 33 .

Risposta: (a → , b →) = - 33 .

Problemi con un prodotto scalare noto, dove è necessario trovare la lunghezza di un vettore o di una proiezione numerica.

Esempio 7

Quale valore dovrebbe assumere λ per un dato prodotto scalare a → = (1, 0, λ + 1) e b → = (λ, 1, λ) sarà uguale a -1.

Soluzione

Dalla formula è chiaro che è necessario trovare la somma dei prodotti delle coordinate:

(a → , b →) = 1 λ + 0 1 + (λ + 1) λ = λ 2 + 2 λ .

Dato che abbiamo (a → , b →) = - 1 .

Per trovare λ, calcoliamo l'equazione:

λ 2 + 2 · λ = - 1, quindi λ = - 1.

Risposta: λ = - 1.

Significato fisico del prodotto scalare

La meccanica considera l'applicazione del prodotto scalare.

Quando A lavora con una forza costante F → un corpo in movimento da un punto M a N, puoi trovare il prodotto delle lunghezze dei vettori F → e M N → con il coseno dell'angolo compreso tra loro, il che significa che il lavoro è uguale al prodotto dei vettori forza e spostamento:

A = (F → , M N →) .

Esempio 8

Il movimento di un punto materiale di 3 metri sotto l'influenza di una forza pari a 5 Nton è diretto con un angolo di 45 gradi rispetto all'asse. Trova un.

Soluzione

Poiché il lavoro è il prodotto del vettore forza e dello spostamento, significa che in base alla condizione F → = 5, S → = 3, (F →, S → ^) = 45°, si ottiene A = (F →, S →) = F → · S → · cos (F → , S → ^) = 5 · 3 · cos (45 °) = 15 2 2 .

Risposta: A = 15 2 2 .

Esempio 9

Un punto materiale, spostandosi da M (2, - 1, - 3) a N (5, 3 λ - 2, 4) sotto la forza F → = (3, 1, 2), ha svolto un lavoro pari a 13 J. Calcola la lunghezza del movimento.

Soluzione

Per date coordinate vettoriali M N → abbiamo M N → = (5 - 2, 3 λ - 2 - (- 1) , 4 - (- 3)) = (3, 3 λ - 1, 7) .

Utilizzando la formula per trovare lavoro con i vettori F → = (3, 1, 2) e M N → = (3, 3 λ - 1, 7) otteniamo A = (F ⇒, M N →) = 3 3 + 1 (3 λ - 1) + 2 7 = 22 + 3 λ.

Secondo la condizione è dato che A = 13 J, che significa 22 + 3 λ = 13. Ciò implica λ = - 3, che significa M N → = (3, 3 λ - 1, 7) = (3, - 10, 7).

Per trovare la lunghezza del movimento M N →, applicare la formula e sostituire i valori:

M N → = 3 2 + (- 10) 2 + 7 2 = 158.

Risposta: 158.

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