id4520234 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com 3 . Iloczyn skalarny

Z



v





u

Y

X





 

iloczyn skalarny

Iloczynem skalarnym (oznaczanym u

) dw

nazywamy liczb

 v

óch wektorów u , v

ê





równ¹ iloczynowi dùugoœci tych wektorów u , v i cosinusa k¹ta  zawartego miêdzy nimi, czyli





 

u

.

 v  u v cos 

Nale¿y pamiêtaã, ¿e iloczyn skalarny jest liczb¹ (skalarem), a nie wektorem.





Je

œli u   u ,u ,u i v   v ,v ,v , to iloczyn skalarny mo¿emy wyliczyã ze wzoru x

y

z 

x

y

z 





u

.

 v  u v

 u v  u v

x

x

y

y

z

z

..........................................................................................

PRZYK£AD

 

Obliczyã iloczyn skalarny wektorów u ,v jeœli:





 

a) u  2 , v  7 , a k¹t miêdzy wektorami u ,v wynosi o

  30 ;











b) u  0 2

, 

, 2, v  2 i  3 k  4 j .

Rozwi¹zanie





 





a) Zgodnie ze wzorem

o

u

mamy u

.

 v  2  5  cos 30  5

3

 v  u v cos 





b) Zapiszmy wektor v w postaci v  2 4

, 

,



3 . Poniewa¿ mamy dane wspóùrzêdne

wektorów wygodniej bêdzie skorzystaã z drugiego wzoru na iloczyn skalarny









u

u v  0  2  2  4   2   3

 v  u v

 u v  u v . Mamy wiêc



 

  14 .

x

x

y

y

z

z

..........................................................................................





 

Przeksztaùcaj¹c wzór u

otrzymamy wz

 v  u v cos 

ór do wyznaczenia cosinusa cosinus k¹ta

miêdzy

wektorami

 

k¹ta  miêdzy wektorami u , v





u

 v

cos  

.





u  v

 

 

K





¹t miêdzy wektorami u , v symbolicznie zapisujemy  u v  .





..........................................................................................

PRZYK£AD

 













Obliczy

ã cosinus k¹ta miêdzy wektorami u , v jeœli: u  3 j  2 i  k , v  AB , gdzie 

A  1 6

, 4

,  , B3 5

, 

,



1 .

Rozwi

¹zanie





Najpierw wyznaczamy wspóùrzêdne wektora v  AB .





AB  3   

1 5

,  6 , 1

  4  4 

, 1 

,



5 i wektora u  2 3

, 

,



1 .

 

Nastêpnie dùugoœci wektorów u ,v



2

2

u 

2

2

   

3

  

1



14



2

2

v 

4

2

   

1   5  42

Iloczyn skalarny wyznaczamy ze wzoru





u

 v  u v

 u v  u v

x

x

y

y

z

z





Mamy wi

êc u v  2  4  3   

1   

1   5  10 . Ostatecznie mo¿emy wyliczyã





 

u

 v

10

10

5 3

cosinus k¹ta u ,v cos 







.





42 14

14 3

21

u  v

..........................................................................................

Wùasnoœci iloczynu skalarnego wektorów







Niech u , v , w bêd¹ dowolnymi wektorami,  dowoln¹ liczb¹.

Wtedy:









1. u

 v  v  u



















2. u  v

 w  u  w





v  w





















3.  u

 v







 u   v









2







4. u

 u  u









5. u

 u  0  u  0









6. u v  0



 u  v

7. Iloczyn skalarny jest dodatni jeœli k¹t pomiêdzy wektorami jest ostry i ujemny jeœli k¹t ten jest rozwarty.

..........................................................................................

PRZYK£AD

 

















Obliczyã iloczyn skalarny wektorów u ,v jeœli u  p 2 q , v  3 q 2 p , p  2 , q  3,





a k¹t miêdzy wektorami p, q wynosi

o

  60 .

Rozwi¹zanie

 

Poniewa¿ wektory u ,v nie s¹ dane za pomoc¹ wspóùrzêdnych nie mo¿emy





 

stosowaã wzoru u

. Przy obliczaniu iloczyn

wykorzystamy

 v  u v

 u v  u v

u , v

x

x

y

y

z

z

wùasnoœci iloczynu skalarnego i dane z przykùadu: wù 2

. i 3

wù . 4 i 1































u v 

p 2

 

q

3



 

q 2





p   3 p q 2 p p 6 q q 4 q p 



 



2

2

















def . iloczynu

 3 p

 q  2 p

 6 q

 4 p q   p q  2  4  6  3









1

  p  q cos

 10 

2

  3

 10  13

3

2





Ostatecznie u

 v  13

..........................................................................................

PRZYK£AD





Czy wektory u  0 2

, , 2

 , v   3 4

, , 

1 s¹ prostopadùe?

Rozwi¹zanie





Obliczamy iloczyn skalarnych wektorów u , v





u

.

 v  0  



3  2  4   21  6









Poniewa¿ u

, to stwierdzamy

nie s

 v  0

¿e wektory u , v

¹ prostopadùe.

..........................................................................................

PRZYK£AD





Dla jakiej wartoœci parametru m wektory u   m, 2 m,m  2, v  4 , 5 2

,  s¹

prostopadùe?

Rozwi¹zanie

Poniewa¿ wektory s¹ prostopadùe wtedy i tylko wtedy gdy ich iloczyn skalarny jest

 

równy zero. Wyznaczamy iloczyn skalarnych wektorów u ,v i przyrównujemy go do zera.





u

 v  m  4  2 m  



5   m  2 2  4

 m  4





u

, st

.

 v  0  4 m  4  0

¹d m  1

 

Dla m  1 wektory u ,v s¹ prostopadùe.

..........................................................................................

PRZYK£AD



Znaleêã dowolny wektor jednostkowy prostopadùy do wektora u   2 3

, 

,



3 .

Rozwi¹zanie





Poszukamy najpierw jakiegokolwiek wektora (niezerowego) v prostopadùego do u Przyjmijmy dwie pierwsze jego wspóùrzêdne dowolne, byleby nie byùy jednoczeœnie







równe 0 np. v  0 , 2 ,z Z warunku prostopadùoœci u dostajemy 6  3

 0

 v  0

z

,

u  .

u



st¹d z  .

1 Dùugoœã tak wyznaczonego wektora v  0 2

, , 

1 wynosi 5 . Wyznaczymy

u







2

1

teraz wektor





w jednostkowy równolegùy do wektora v w

 0 ,

,

(lub







5

5 





2

1 

w

 0 

,



,

). Wektor ten speùnia warunki zadania (jest prostopadùy do







5

5 





wektora u i w  1).

..........................................................................................

PRZYK£AD

















Wyznaczyã dùugoœã wektora u jeœli u  p 2 q , p  4 , q  2 , p  q .

Rozwi¹zanie



Poniewa¿ wektory u nie jest dany za pomoc¹ wspóùrzêdnych nie mo¿emy



stosowa

2

2

2

ã wzoru u 

u  u  u .

x

y

z

2









Przy obliczaniu dùugoœã wektora u wykorzystamy wzór u i inne w

 u  u

ùasnoœci

iloczynu skalarnego:

2

wù . 2 i 3

wù . 1 i 4

































u

 u u 

p 2

 

q  p 2 

q



p p 2 p q 2 q p 4 q q 



 





 



2

2









wù 6

.

 p

 4 p q  4 q

 16  4  4  32

2





u

 32  u 

32  4 2 .

..........................................................................................

Korzystaj¹c z wùasnoœci iloczynu skalarnego mo¿na wyprowadziã wzór na wektor







u  b

v

êd¹cy rzutem prostok¹tnym wektora u na oœ o kierunku wektora v









u v

u 

v 

 v

2



v





u

u









u 

v

v

v

u 

v

lub

..........................................................................................

PRZYK£AD





Znaleêã rzut prostok¹tny wektora u  1 ,  3 , 2 na wektor v  4 , 5

 , 

3 .

Rozwi¹zanie







Wyznaczamy najpierw



u

i v  50  5 2 , a nast

 v  25

êpnie szukany wektor u v









ze wzoru

u v

u 

, mamy wi

v 

 v

êc

2



v



25

1



5 3

u 

.

v 



,

,

,

,

,

,

2

4 5 

3 

 4 5 

3  2 

5 2 





2



2 2 

..........................................................................................