5. Ориентация, векторное произведение
РК: А13 (правая и левая тройка), А14 (векторное произведение), А15 (антисимметричность — вторая половина), А16 (линейность), А17 (вычисление в правом ОНБ), Б5 (вывод формулы).
Суть
Векторное произведение даёт вектор, перпендикулярный обоим сомножителям, длиной в площадь параллелограмма на них. Направление выбирается по правилу правой тройки, поэтому от перестановки множителей знак меняется. В задачах это главный инструмент: нормаль плоскости по двум векторам, направляющий вектор линии пересечения плоскостей, расстояния.
Ориентация (А13)
Упорядоченная тройка некомпланарных векторов , отложенных от одной точки, называется правой, если из конца третьего вектора кратчайший поворот от к виден против часовой стрелки; если по часовой — левой.
- Циклическая перестановка ориентацию сохраняет; перестановка двух векторов меняет её на противоположную.
- Базис при обычном выборе осей правый.
Определение (А14, опр. 5.1 лекций)
Векторным произведением неколлинеарных векторов и называется вектор такой, что
- и ;
- — площадь параллелограмма, построенного на и ;
- тройка правая.
Для коллинеарных векторов (в том числе если один нулевой) .
В конспекте определение дано только для неколлинеарных векторов, а случай не оговорён. Без него не работают ни формула через определитель, ни признак коллинеарности . На РК добавь фразу: «если , то ».
Свойства
- Антисимметричность (А15): (при перестановке тройка стала бы левой). В частности, .
- Линейность (А16): ; . По второму аргументу — через антисимметричность.
- Коллинеарность (геометрическое свойство 2 в лекциях): два ненулевых вектора коллинеарны .
- Площадь (геометрическое свойство 1): параллелограмма, построенного на и .
- Не ассоциативно [не из конспекта]: , а .
Таблица для правого ОНБ:
Запоминание: по циклу плюс, против цикла минус.
Вычисление в правом ОНБ (А17)
Вывод (Б5)
Раскладываем , и раскрываем по линейности, пользуясь таблицей: слагаемые с и т. п. исчезают, остаются шесть:
Это в точности разложение определителя по первой строке.
Рабочие формулы
| Задача | Формула |
|---|---|
| площадь параллелограмма на | |
| площадь треугольника | |
| вектор, перпендикулярный и | |
| нормаль плоскости по двум направлениям | |
| направление прямой | |
| синус угла |
Пример. Площадь треугольника , , .
Решение
, .
Ответ: .
Типичные ошибки
- Потерять минус у среднего слагаемого () при раскрытии определителя.
- Переставить строки и в определителе: результат сменит знак.
- Применять формулу через определитель в левом базисе или в неортонормированном: она верна только в правом ОНБ.