1. Векторы и линейные операции
РК: А1 (равенство векторов), А2 (сумма и умножение на число), А3 (коллинеарность и компланарность).
Суть
Вектор — направленный отрезок, но равные векторы не различают по месту: его можно переносить параллельно. Поэтому операции определяют, откладывая векторы от удобной точки. Две операции — сложение и умножение на число — называются линейными; всё дальнейшее (зависимость, базис, координаты) строится на них.
Определения
Равенство (А1). Векторы и равны, если они коллинеарны, сонаправлены () и их длины равны: .
Нулевой вектор — вектор нулевой длины; направление у него не определено, все нулевые векторы равны.
Сумма (А2). Совместим начало с концом ; вектор из начала в конец — сумма (правило треугольника). Равносильно: отложим из одной точки, — диагональ параллелограмма, выходящая из этой точки (правило параллелограмма, для неколлинеарных векторов).
Умножение на число (А2). Произведение ненулевого на — вектор , для которого
- ;
- при , при .
Если или , то .
Коллинеарность (А3). Векторы коллинеарны, если лежат на одной прямой или на параллельных прямых. Нулевой вектор коллинеарен любому.
Компланарность (А3). Три вектора компланарны, если лежат в одной плоскости или параллельны одной плоскости. Если среди трёх векторов есть нулевой или два коллинеарных — тройка компланарна.
Свойства линейных операций
Для любых и чисел :
| Свойство | Формула |
|---|---|
| коммутативность | |
| ассоциативность | |
| нулевой вектор | |
| противоположный | , где |
| ассоциативность по числам | |
| единица | |
| дистрибутивность | , |
Это ровно восемь аксиом векторного пространства (тема 9): геометрические векторы — его частный случай.
Признак коллинеарности [не из конспекта]: ненулевой и вектор коллинеарны для некоторого . В координатах: координаты пропорциональны.
Как это проверяют в задачах
- Коллинеарность и : (нуль в знаменателе означает нуль в числителе), или .
- Компланарность трёх векторов: смешанное произведение равно нулю (тема 6).
Пример. Коллинеарны ли и ?
Решение
, значит : коллинеарны и противоположно направлены.
Типичные ошибки
- Считать равными векторы одной длины, лежащие на параллельных прямых, но направленные противоположно. Нужна сонаправленность.
- Забыть, что нулевой вектор коллинеарен любому, а тройка с нулевым вектором компланарна.
- В определении не оговорить случаи и .