41
Main Men u Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved. Poglavlje 13: Vektori u trodimenzionalnom prostoru Odjeljak 13.1 Kartezijev koordinatni sustav u prostoru a. Pravilo desne ruke b. Pravokutne (ili kartezijeve) koordinate c. Formula za udaljenost d. Jednadžba sfer e e. Simetrija f. Pravac kroz dvije točke g. Koordinate polovišta Odjeljak 13.2 Vektori u trodimenzionalnom prostoru a. Koordinate vektora b. Geometrijska interpretacija vektora c. Grafički prikaz a + b d. Nor ma, tj. duljina vektora e. Množenje skalarom f. Zbrajanje vektora g. Paralelni vektori h. Ilustracija paralelnih vektora i. Jedinični vektori Odjeljak 13.3 Skalarni produkt a. Defini cija b. Svojstva skalarnog produkta c. Dodatna svojstva d. Geometrijska interpretacija skalarnog produ kta e. Teorem o kosinusu f. Okomiti vektori g. Projekcija i komponente Odjeljak 13.4 Vektorski produkt a. Defini cija b. Desne trojke vektora c. Svojstva d. Svojstva vektorskog produkta e. Mješoviti produkt f. Komponente od a x b g. Teoremi Odjeljak 13.5 Pravci a. Vektorska parametrizacija b. Oblici jednadžbe pravca, Presjek pravaca c. Udaljenost točke od pravca Odjeljak 13.6 Ravnine a. Jednadžba I b. Jednadžba II c. Jedinične normale, Paralelne ravnine, Presjek ravnina d. Ravnina kroz tri nekolinearne točke e. Udaljenost točke od ravnine

Vektori u Trodimenzionalnom Prostoru

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Vektori u Trodimenzionalnom Prostoru

Citation preview

Chapter 13: Vectors in Three Dimensional SpaceCopyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Poglavlje 13: Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Odjeljak 13.1 Kartezijev koordinatni sustav u prostoru
Pravilo desne ruke
Koordinate vektora
Teoremi
Udaljenost toke od pravca
Ravnina kroz tri nekolinearne toke
Udaljenost toke od ravnine
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Pravokutni koordinatni sustav u prostoru
Pravilo desne ruke: ako savijeni prsti desne ruke pokazuju od pozitivnog dijela x-osi prema pozitivnom dijelu y-osi (najmanjim kutem), palac pokazuje pozitivan smjer z-osi.
Toka na x-osi sa x-koordinatom x0 ima koordinate (x0, 0, 0);
toka na y-osi sa y-koordinatom y0 ima koordinate (0, y0, 0);
toka na z-osi sa z-koordinatom z0 ima koordinate (0, 0, z0).
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Kartezijev koordinatni sustav u prostoru
Postoje tri koordinatne ravnine; xy-ravnina, xz-ravnina, yz-ravnina.
Toka P u trodimenzionalnom prostoru ima koordinate (x0, y0, z0) ako
(1) ravnina kroz P paralelna sa yz-ravninom sijee x-os u (x0, 0,0),
(2) ravnina kroz P paralelna sa xz-ravninom sijee y-os u (0, y0,0),
(3) ravnina kroz P paralelna sa xy-ravninom sijee z-os u (0, 0,z0).
Koordinate x0, y0, z0 se zovu pravokutne koordinate od P, ili eše u ast
Descartesu, Kartezijeve koordinate od P.
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Kartezijev koordinatni sustav u prostoru
Formula za udaljenost toaka
Udaljenost d izmeu toaka i moe se dobiti koristei dva puta Pitagorin teorem.
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Kartezijev koordinatni sustav u prostoru
Sfera radijusa (polumjera) r sa središtem u P0(a, b, c) je skup toaka P(x, y, z) za koje je d(P, P0) = r . Za takve je toke [d(P, P0)]2 = r2. Primjenivši formulu za udaljenost dobivamo
Ovo je jednadba sfere radijusa r sa središtem u P0(a, b, c). Jednadba
predstavlja sferu radijusa r sa središtem u ishodištu.
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Kartezijev koordinatni sustav u prostoru
Simetrija
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Kartezijev koordinatni sustav u prostoru
Pravac kroz dvije toke
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Kartezijev koordinatni sustav u prostoru
Duina
Polovište
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Vektor a za nas e biti ureena trojka realnih brojeva:
a = (a1, a2, a3).
Brojeve a1, a2, a3 zovemo komponente ili koordinate vektora a.
Dva vektora su jednaki ako imaju iste koordinate;
(a1, a2, a3) = (b1, b2, b3) ako i samo ako a1 = b1, a2 = b2, a3 = b3.
Zbrajanje vektora
Mnoenje vektora skalarom
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Geometrijska interpretacija vektora
Orijentirane duine i su na razliitim pozicijama, ali budui da imaju istu duljinu, smjer i orijentaciju, predstavljaju isti vektor: vektor a = (a1, a2, a3).
Nulvektor 0 = (0, 0, 0) moemo predstaviti orijentiranom duinom duljine 0. Nulvektor nema definiran smjer i orijentaciju.
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Grafiki prikaz a + b
Za a = (a1, a2, a3) i b = (b1, b2, b3) definiramo
a + b = (a1 + b1, a2 + b2, a3 + b3).
Pravilo trokuta i pravilo paralelograma
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Svojstva norme:
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Višekratnik vektora
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Paralelni vektori
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Primjer paralelnih vektora
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektori u trodimenzionalnom prostoru
Jedinini vektori
Vektore duljine 1 zovemo jedininim vektorima. Za svaki nenul vektor a postoji jedinstveni jedinini vektor ua s istim smjerom i orijentacijom kao a. To je
Vektori
i = (1, 0, 0), j = (0, 1, 0), k = (0, 0, 1).
su jedinini vektori koji su posebno korisni u raunu jer se svaki vektor a moe na jednostavan nain prikazati kao jedinstvena linearna kombinacija ovih vektora:
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
Svojstva skalarnog produkta
Ako skalarno pomnoimo vektor sa samim sobom dobivamo kvadrat njegove norme:
Dokaz
Dokaz
(a1)(0) + (a2)(0) + (a3)(0) = 0, (0)(a1) + (0)(a2) + (0)(a3) = 0.
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
distributivnost prema zbrajanju).
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
Geometrijska interpretacija skalarnog produkta
Poinjemo od trokuta sa stranicama duljine a, b, c. Ako je θ jednak ½π, Pitagorin teorem nam daje c2 = a2 + b2. Teorem o kosinusu je generalizacija za proizvoljni kut θ,
c2 = a2 + b2 − 2ab cos θ.
Skica dokaza teorema: Iz slike je y2 + x2 = a2 i y = a cos θ. Zato je
c2 = a2 + b2 − 2ab cos θ
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
Duljine stranica su ||a||, ||b||, ||a − b||. Teorem o kosinusu daje
||a − b||² = ||a||2 + ||b||2 − 2 ||a|| ||b|| cos θ.
No iskoristimo li da je ||a||2 = a a i slino za ostale dobivamo:
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
Dva vektora su okomiti ako je kut meu njima pravi ili ako je jedan od vektora nulvektor. Stoga su dva vektora okomiti ako i samo ako im je skalarni produkt jednak nula. Zapisano simbolima:
Jedinini vektori i, j, k su meusobno okomiti:
i · j = i · k = j · k = 0.
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
Ortogonalna projekcija i komponente
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
i, j, k komponente jedininog vektora su kosinusi smjera.
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Skalarni produkt
Cauchy-Schwarz-Bunjakovski nejednakost
Budui je
a · b = ||a|| ||b|| cos θ,
gdje je θ kut izmeu a i b, uzmemo li apsolutne vrijednosti i iskoristimo
| cos θ| ≤ 1, dobivamo nejednakost
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektorski produkt
smjer
orijentacija
duljina
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektorski produkt
Desna trojka vektora
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektorski produkt
Mnoenjem bilo kojeg od triju vektora pozitivnim skalarom trojka ostaje desna: ako je (a, b, c) desna trojka i α > 0, onda su (αa, b, c), (a, αb, c), i (a, b, αc) takoer desne trojke.
Mnoenjem bilo kojeg od triju vektora negativnim skalarom trojka postaje lijeva: ako je (a, b, c) desna trojka vektora i α < 0, onda (αa, b, c), (a, αb, c), i (a, b, αc) nisu desne trojke (tj. to su lijeve trojke).
Svojstva desnih trojki vektora
I. Budui je (a × b) · (a × b) = ||(a × b)||2 > 0, (a, b, a × b) je desna trojka.
II. Ako je (a, b, c) desna trojka, onda su i (c, a, b) i (b, c, a) desne trojke.
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektorski produkt
Skalare moemo izluiti:
Vrijede obje distributivnosti:
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektorski produkt
Mješoviti produkt ili umnoak
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektorski produkt
Komponente od a × b
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Vektorski produkt
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Pravci
Vektorska jednadba
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Pravci
l1 : r(t) = r0 + td, l2 : R(u) = R0 + uD
sijeku se ako i samo ako postoje brojevi t i u takvi da je
r(t) = R(u).
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Pravci
Udaljenost od toke do pravca
Neka je P0 toka na pravcu l i neka je d vektor smjera od l. Ako su P0 i Q kao na slici, lako vidimo da je
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Ravnine
Skalarna jednadba ravnine
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Ravnine
Budui da je
(13.6.1) se moe zapisati u obliku
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Ravnine
Presjek ravnina
Jedinine normale
Ako je N vektor normale (tj. okomit) na danu ravninu, tada su svi ostali vektori normale na danu ravninu paralelni s N i zato skalarni višekratnici od N
Posebno, postoje dva jedinina vektora normale:
i
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Ravnine
Ravnina odreena trima nekolinearnim tokama
Salas, Hille, Etgen Calculus: One and Several Variables Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Main Menu
Copyright 2007 © John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
Ravnine
Udaljenost toke od ravnine
(
)