Линейность смешанного произведения по каждому сомножителю

Векторное произведение векторов, заданных в ортонормированном базисе.

Базис и координаты. Тройка e_1,e₂, e₃ некомпланарных векторов вR³ называется базисом, а сами векторыe_1,e₂, e₃ -базисными. Любой вектор aможет быть единственным образом разложен по базисным векторам, то есть представлен в виде

а = x₁ e₁ + x₂ e₂+x₃ e_3, (1.1)

числа x₁, x₂, x₃ в разложении (1.1) называются координатами вектора a в базисе e_1,e₂, e₃ и обозначаютсяa(x₁, x₂, x₃).

Ортонормированный базис. Если векторы e1,e2, e3 попарно перпендикулярны и длина каждого из них равна единице, то базис называется ортонормированным, а координаты x1, x2, x3 - прямоугольными. Базисные векторы ортонормированного базиса будем обозначать i, j, k.

Будем предполагать, что в пространстве R³ выбрана правая система декартовых прямоугольных координат {0, i, j, k}.

Векторное произведение. Векторным произведением вектораа на векторb называется вектор c, который определяется следующими тремя условиями:

1. Длина вектораc численно равна площади параллелограмма, построенного на векторахa иb,т. е.
c= |a||b| sin (a^b).

2. Вектор c перпендикулярен к каждому из векторов a и b.

3. Векторы a, b и c, взятые в указанном порядке, образуют правую тройку.

Для векторного произведения c вводится обозначениеc =[ab] или
c = a × b.

Если векторыa иb коллинеарны, то sin(a^b) = 0 и [ab] = 0, в частности, [aa] = 0. Векторные произведения ортов: [ij]=k,[jk] = i, [ki]=j.

Если векторыa и b заданы в базисе i, j, k координатами a(a₁, a₂, a₃), b(b₁, b₂, b₃), то

№ 20

Понятие смешанного произведения трех векторов, его геометрическая интерпретация. Линейность смешанного произведения по каждому сомножителю.

Смешанное произведение. Если векторное произведение двух векторов а и bскалярноумножается на третий вектор c, то такое произведение трех векторов называется смешанным произведением и обозначается символом a b c.

Геометрический смысл смешанного произведения

Геометрический смысл смешанного произведения: если тройка векторов правая, то их смешанное произведение равно объему параллелепипеда построенного на этих векторах: . В случае левой тройки смешанное произведение указанных векторов равно объему параллелепипеда со знаком минус: . Если , и компланарны, то их смешанное произведение равно нулю.

Итак, из выше сказанного можно сделать вывод, что объем параллелепипеда, построенного на векторах , и равен модулю смешанного произведения этих векторов:

Объем пирамиды, построенной на этой тройке векторов равен

Линейность смешанного произведения по каждому сомножителю

1. Для смешанного произведения выполняется свойство ассоциативности относительно

умножения векторов на число: (a)bc = (abc).

Обозначив b×c = e и используя свойство ассоциативности скалярного произведения отно-

сительно умножения на число, получим

(a)bc = (a)(b×c) = (a)e = (ae) =

a(b×c)= (abc). I

2. Для смешанного произведения выполняется свойство дистрибутивности (a1 + a2)bc =

= a1bc + a2bc.

Обозначив b×c = e и используя свойство дистрибутивности скалярного произведения,

получим

(a1 + a2)bc = (a1 + a2)(b×c) = (a1 + a2)e = a1e + a2e =

= a1(b×c) + a2(b×c) = a1bc + a2bc. I

Свойства 1 и 2 смешанного произведения сформулированы для первого

сомножителя. Однако при помощи циклической перестановки можно доказать аналогичные

утверждения и для второго и для третьего сомножителей, т.е. верны равенства

a(b)c = (abc), ab(c) = (abc),

a(b1 + b2)c = ab1c + ab2c, ab(c1 + c2) = abc1 + abc2, и в итоге имеем свойство линейности смешанного произведения по каждому сомножи-

телю.