Смешанное произведение векторов

 

Определение. Смешанным произведением трех векторов , , называется число, равное скалярному произведению вектора на векторное произведение векторов и , т.е. .

Геометрический смысл смешанного произведения выражает следующая теорема.

Теорема. Смешанное произведение равно объему параллелепипеда, построенного на приведенных к общему началу векторах , , , взятому со знаком «плюс», если тройка векторов , , правая, и со знаком «минус», если тройка векторов , , левая. Если же векторы , , компланарны, то .

В краткой записи:

Доказательство видно из рисунка.

Свойства смешанного произведения

1. .

2. Величина векторного произведения не изменяется при циклической перестановке сомножителей:

3. векторы компланарны.

4. Смешанное произведение линейно по каждому из сомножителей. В частности,

.

 

Выражение смешанного произведения через координаты сомножителей

Теорема. Если векторы заданы своими координатами: , , , то смешанное произведение равняется определителю, строки которого соответственно равны координатам перемножаемых векторов, т.е.

. (1.6)

Пример 12. Компланарны ли векторы

Решение. Вычислим смешанное произведение векторов по формуле (1.6) , следовательно, векторы - компланарны.

Пример 13. Образуют ли векторы базис в пространстве

Проверим, компланарны ли векторы . Для этого вычислим их смешанное произведение

следовательно, векторы некомпланарны, а значит, образуют базис в пространстве

Пример 14. Векторы образуют правую тройку, взаимно перпендикулярны и Вычислить

Решение.

Пример 15. Найти объем параллелепипеда, построенного на векторах

Решение.

Пример 16. Найти объем тетраэдра с вершинами в точках

Решение. Найдем координаты векторов

Вычислим объем параллелепипеда, построенного на векторах

Пример 17. Лежат ли точки в одной плоскости?

Решение. Найдем координаты векторов

Проверим, компланарны ли векторы

, для этого вычислим их смешанное произведение:

следовательно, векторы некомпланарны, а, значит, точки не лежат в одной плоскости.

 

ПРЯМАЯ НА ПЛОСКОСТИ

Общее уравнение прямой.

Уравнение вида в котором называется общим уравнением прямой на плоскости.

2.2 Уравнение прямой, проходящей через данную точку перпендикулярно .

Рис. 3

Через точку перпендикулярно вектору можно провести единственную прямую . Пусть произвольная точка прямой . Тогда точка Условие перпендикулярности двух векторов состоит в том, что Вектор , следовательно,

(2.1)

Уравнение (2.1) называется уравнением прямой по точке и нормальному вектору .

Пример 18. Написать уравнение прямой, проходящей через точку перпендикулярно вектору нормали

Решение. Воспользуемся уравнением (2.1). В нашей задаче Имеем . Раскрывая скобки и приводя подобные члены получаем общее уравнение прямой

Пример 19. Написать уравнение прямой, проходящей через точку параллельно прямой .

Решение. Требуется написать уравнение прямой, параллельной прямой . Нормальный вектор к этой прямой является вектором нормали и к искомой прямой. Поэтому следует воспользоваться уравнением (2.1). Получаем . После преобразования имеем общее уравнение прямой