1 (1, 2, 0, 1) , 2 (0, 1, 2, 3) , 3 (1, 3, 2, 2) , 4 (0, 1, 3, 1) , (1, 0, 1, 5).

Zgjidhje. Le të tregojmë se vektorët 1 (1, 2, 0, 1) , 2 (0, 1, 2, 3) , 3 (1, 3, 2, 2) , 4 (0, 1, 3, 1) një bazë. Le të gjejmë përcaktorin e përbërë nga koordinatat e këtyre vektorëve.

Ne kryejmë transformime elementare:

Zbrit nga rreshti 3 rreshti 1 shumëzuar me (-1)

Zbrisni rreshtin 2 nga rreshti 3, Zbrisni rreshtin 2 nga rreshti 4

Le të shkëmbejmë rreshtat 3 dhe 4.

Në këtë rast, përcaktori do të ndryshojë shenjën e tij në të kundërtën:

Sepse përcaktori nuk është i barabartë me zero, prandaj, vektorët janë linearisht të pavarur dhe përbëjnë një bazë.

Le ta zgjerojmë vektorin në vektorë të një baze të caktuar: , këtu, ? koordinatat e dëshiruara të vektorit në bazë, . Në formën e koordinatave, ky ekuacion është (1, 2, 0, 1) + (0, 1, 2, 3) + (1, 3, 2, 2) + (0, 1, 3, 1) = (1, 0, 1, 5) merr formën:

Ne e zgjidhim sistemin duke përdorur metodën Gaussian:

Le ta shkruajmë sistemin në formën e një matrice të zgjeruar

Për lehtësinë e llogaritjes, le të ndërrojmë rreshtat:

Shumëzojeni rreshtin e tretë me (-1). Le të shtojmë rreshtin e 3-të në të dytin. Shumëzojeni rreshtin e 3-të me 2. Shtoni rreshtin e 4-të në rreshtin e 3-të:

Shumëzoni rreshtin e parë me 3. Shumëzoni rreshtin e dytë me (-2). Le të shtojmë rreshtin e dytë në rreshtin e parë:

Shumëzoni rreshtin e dytë me 5. Shumëzoni rreshtin e 3-të me 3. Shtoni rreshtin e 3-të në të dytin:

Shumëzoni rreshtin e dytë me (-2). Le të shtojmë rreshtin e dytë në rreshtin e parë:

Nga rreshti 1 shprehim?4

Nga rreshti i 2 shprehemi? 3

Nga rreshti i 3 shprehemi? 2

Detyrat e testit

Detyra 1 - 10. Janë dhënë vektorët. Tregoni se vektorët formojnë bazën e hapësirës tre-dimensionale dhe gjeni koordinatat e vektorit në këtë bazë:

Jepen vektorët ε1 (3;1;6), ε2 (-2;2;-3), ε3 (-4;5;-1), X(3;0;1). Tregoni se vektorët formojnë një bazë në hapësirën tredimensionale dhe gjeni koordinatat e vektorit X në këtë bazë.

Kjo detyrë përbëhet nga dy pjesë. Së pari ju duhet të kontrolloni nëse vektorët përbëjnë një bazë. Vektorët përbëjnë bazën nëse përcaktori i përbërë nga koordinatat e këtyre vektorëve është i ndryshëm nga zero, përndryshe vektorët nuk janë bazë dhe vektori X nuk mund të zgjerohet mbi këtë bazë.

Le të llogarisim përcaktorin e matricës:

∆ = 3*(2*(-1) - 5*(-3)) - -2*(1*(-1) - 5*6) + -4*(1*(-3) - 2*6) = 37

Përcaktori i matricës është ∆ =37

Meqenëse përcaktori është jozero, vektorët formojnë një bazë, prandaj, vektori X mund të zgjerohet mbi këtë bazë. Ato. ka numra α 1, α 2, α 3 të tillë që barazia vlen:

X = α 1 ε 1 + α 2 ε 2 + α 3 ε 3

Le ta shkruajmë këtë barazi në formë koordinative:

(3;0;1) = α(3;1;6) + α(-2;2;-3) + α(-4;5;-1)

Duke përdorur vetitë e vektorëve, marrim barazinë e mëposhtme:

(3;0;1) = (3α 1;1α 1;6α 1;) + (-2α 2;2α 2;-3α 2;) + (-4α 3; 5α 3;-1α 3 ;)

(3;0;1) = (3α 1 -2α 2 -4α 3 ;1α 1 + 2α 2 + 5α 3; 6α 1 -3α 2 -1α 3)

Me vetinë e barazisë së vektorëve kemi:

3α 1 -2α 2 -4α 3 = 3

1α 1 + 2α 2 + 5α 3 = 0

6α 1 -3α 2 -1α 3 = 1

Ne zgjidhim sistemin e ekuacioneve që rezulton Metoda Gaussian ose Metoda e Cramer-it.

X = ε 1 + 2ε 2 -ε 3

Zgjidhja u mor dhe u përpunua duke përdorur shërbimin:

Koordinatat vektoriale në bazë

Së bashku me këtë problem ata zgjidhin edhe:

Zgjidhja e ekuacioneve të matricës

Metoda Cramer

Metoda e Gausit

Matrica e anasjelltë duke përdorur metodën Jordano-Gauss

Matrica e anasjelltë nëpërmjet komplementeve algjebrike

Shumëzimi i matricës në internet

Varësia lineare dhe pavarësia lineare e vektorëve.
Baza e vektorëve. Sistemi i koordinatave afine

Në auditor ka një karrocë me çokollata dhe çdo vizitor sot do të marrë një çift të ëmbël - gjeometri analitike me algjebër lineare. Ky artikull do të prekë dy seksione të matematikës së lartë njëherësh dhe do të shohim se si ato bashkëjetojnë në një mbështjellës. Bëni një pushim, hani një Twix! ...dreq, çfarë marrëzish. Edhe pse, në rregull, nuk do të shënoj, në fund të fundit, duhet të keni një qëndrim pozitiv ndaj studimit.

Varësia lineare e vektorëve, pavarësia lineare e vektorit, bazë vektoriale dhe termat e tjerë nuk kanë vetëm një interpretim gjeometrik, por, mbi të gjitha, një kuptim algjebrik. Vetë koncepti i "vektorit" nga pikëpamja e algjebrës lineare nuk është gjithmonë vektori "i zakonshëm" që mund të përshkruajmë në një plan ose në hapësirë. Nuk keni nevojë të kërkoni larg për prova, provoni të vizatoni një vektor të hapësirës pesë-dimensionale . Ose vektori i motit, për të cilin sapo shkova në Gismeteo: temperaturën dhe presionin atmosferik, përkatësisht. Shembulli, natyrisht, është i pasaktë nga pikëpamja e vetive të hapësirës vektoriale, por, megjithatë, askush nuk e ndalon formalizimin e këtyre parametrave si vektor. Fryma e vjeshtës...

Jo, nuk do t'ju mërzit me teorinë, hapësirat vektoriale lineare, detyra është që kuptojnë përkufizime dhe teorema. Termat e rinj (varësia lineare, pavarësia, kombinimi linear, baza etj.) vlejnë për të gjithë vektorët nga pikëpamja algjebrike, por do të jepen shembuj gjeometrikë. Kështu, gjithçka është e thjeshtë, e arritshme dhe e qartë. Përveç problemeve të gjeometrisë analitike, do të shqyrtojmë edhe disa probleme tipike algjebër. Për të zotëruar materialin, këshillohet që të njiheni me mësimet Vektorë për dummies Dhe Si të llogarisim përcaktorin?

Varësia lineare dhe pavarësia e vektorëve të rrafshët.
Baza e planit dhe sistemi i koordinatave afine

Le të marrim parasysh planin e tavolinës së kompjuterit tuaj (vetëm një tavolinë, komodinë, dysheme, tavan, çfarëdo që ju pëlqen). Detyra do të përbëhet nga veprimet e mëposhtme:

1) Zgjidhni bazën e aeroplanit. Përafërsisht, një tavolinë ka një gjatësi dhe një gjerësi, kështu që është intuitive që do të kërkohen dy vektorë për të ndërtuar bazën. Është e qartë se një vektor nuk mjafton, tre vektorë janë shumë.

2) Bazuar në bazën e përzgjedhur vendos sistemin e koordinatave(rrjeti i koordinatave) për të caktuar koordinatat për të gjitha objektet në tabelë.

Mos u çuditni, fillimisht shpjegimet do të jenë në gishta. Për më tepër, në tuajën. Ju lutem vendosni gishtin tregues të majtë në buzë të tavolinës në mënyrë që ai të shikojë monitorin. Ky do të jetë një vektor. Tani vendoseni gishti i vogël i djathtë në buzë të tabelës në të njëjtën mënyrë - në mënyrë që të drejtohet në ekranin e monitorit. Ky do të jetë një vektor. Buzëqeshni, dukeni shkëlqyeshëm! Çfarë mund të themi për vektorët? Vektorët e të dhënave kolineare, që do të thotë lineare të shprehura përmes njëri-tjetrit:
, mirë, ose anasjelltas: , ku është një numër i ndryshëm nga zero.

Ju mund të shihni një foto të këtij veprimi në klasë. Vektorë për dummies, ku shpjegova rregullin e shumëzimit të një vektori me një numër.

A do të vendosin gishtat tuaj bazën në rrafshin e tavolinës së kompjuterit? Është e qartë se jo. Vektorët kolinearë udhëtojnë mbrapa dhe me radhë vetëm drejtim, dhe një aeroplan ka gjatësi dhe gjerësi.

Vektorë të tillë quhen varur në mënyrë lineare.

Referenca: Fjalët "lineare", "lineare" tregojnë faktin se në ekuacionet dhe shprehjet matematikore nuk ka katrorë, kube, fuqi të tjera, logaritme, sinus, etj. Ekzistojnë vetëm shprehje dhe varësi lineare (shkalla e parë).

Dy vektorë të rrafshët varur në mënyrë lineare nëse dhe vetëm nëse janë kolineare.

Kryqëzoni gishtat mbi tavolinë në mënyrë që të ketë ndonjë kënd midis tyre përveç 0 ose 180 gradë. Dy vektorë të rrafshëtlineare Jo të varura nëse dhe vetëm nëse nuk janë kolineare. Pra, merret baza. Nuk ka nevojë të turpërohemi që baza doli të jetë "e shtrembëruar" me vektorë jo pingulë me gjatësi të ndryshme. Shumë shpejt do të shohim që jo vetëm një kënd prej 90 gradë është i përshtatshëm për ndërtimin e tij, dhe jo vetëm vektorë njësi me gjatësi të barabartë

Çdo vektor i rrafshët e vetmja mënyrë zgjerohet sipas bazës:
, ku janë numrat realë. Numrat thirren koordinatat vektoriale në këtë bazë.

Thuhet gjithashtu se vektorialeparaqitur si kombinim linear vektorët bazë. Dmth quhet shprehja zbërthimi i vektoritsipas bazës ose kombinim linear vektorët bazë.

Për shembull, mund të themi se vektori zbërthehet përgjatë një baze ortonormale të rrafshit, ose mund të themi se përfaqësohet si një kombinim linear vektorësh.

Le të formulojmë përcaktimi i bazës zyrtarisht: Baza e aeroplanit quhet një çift vektorësh linearisht të pavarur (jokolinearë), , ku ndonjë një vektor i rrafshët është një kombinim linear i vektorëve bazë.

Një pikë thelbësore e përkufizimit është fakti që vektorët janë marrë në një rend të caktuar. Bazat – këto janë dy baza krejtësisht të ndryshme! Siç thonë ata, nuk mund të zëvendësoni gishtin e vogël të dorës së majtë në vend të gishtit të vogël të dorës së djathtë.

Ne kemi kuptuar bazën, por nuk mjafton të vendosni një rrjet koordinativ dhe t'i caktoni koordinatat për çdo artikull në tavolinën e kompjuterit tuaj. Pse nuk mjafton? Vektorët janë të lirë dhe enden në të gjithë rrafshin. Pra, si t'i caktoni koordinatat për ato pika të vogla të pista në tryezë që kanë mbetur pas një fundjave të egër? Nevojitet një pikënisje. Dhe një pikë referimi e tillë është një pikë e njohur për të gjithë - origjina e koordinatave. Le të kuptojmë sistemin e koordinatave:

Do të filloj me sistemin “shkollë”. Tashmë në mësimin hyrës Vektorë për dummies Unë theksova disa ndryshime midis sistemit të koordinatave drejtkëndore dhe bazës ortonormale. Këtu është fotografia standarde:

Kur flasin për sistemi i koordinatave drejtkëndëshe, atëherë më së shpeshti nënkuptojnë origjinën, akset koordinative dhe shkallën përgjatë akseve. Provoni të shkruani "sistemi koordinativ drejtkëndor" në një motor kërkimi dhe do të shihni se shumë burime do t'ju tregojnë për boshtet e koordinatave të njohura nga klasa 5-6 dhe si të vizatoni pikat në një aeroplan.

Nga ana tjetër, duket se një sistem koordinativ drejtkëndor mund të përcaktohet plotësisht në terma të një baze ortonormale. Dhe kjo është pothuajse e vërtetë. Formulimi është si më poshtë:

origjinën, Dhe ortonormaleështë vendosur baza Sistemi koordinativ i planit drejtkëndor kartezian . Kjo është, sistemi i koordinatave drejtkëndëshe patjetër përcaktohet nga një pikë e vetme dhe dy vektorë ortogonalë njësi. Kjo është arsyeja pse ju shihni vizatimin që dhashë më lart - në problemet gjeometrike, të dy vektorët dhe boshtet e koordinatave vizatohen shpesh (por jo gjithmonë).

Unë mendoj se të gjithë e kuptojnë se përdorimi i një pike (origjine) dhe një bazë ortonorale ÇDO PIKË në aeroplan dhe NDONJË VEKTOR në aeroplan mund të caktohen koordinatat. Në mënyrë figurative, "çdo gjë në një avion mund të numërohet".

A kërkohet që vektorët e koordinatave të jenë njësi? Jo, ato mund të kenë një gjatësi arbitrare jo zero. Konsideroni një pikë dhe dy vektorë ortogonalë me gjatësi arbitrare jo zero:

Një bazë e tillë quhet ortogonale. Origjina e koordinatave me vektorë përcaktohet nga një rrjet koordinativ, dhe çdo pikë në rrafsh, çdo vektor ka koordinatat e tij në një bazë të caktuar. Për shembull, ose. Shqetësimi i dukshëm është se vektorët e koordinatave në përgjithësi kanë gjatësi të ndryshme përveç unitetit. Nëse gjatësitë janë të barabarta me njësinë, atëherë fitohet baza e zakonshme ortonormale.

! shënim : në bazën ortogonale, si dhe më poshtë në bazat afinale të planit dhe hapësirës, ​​konsiderohen njësitë përgjatë boshteve. KUSHTEZUESHME. Për shembull, një njësi përgjatë boshtit x përmban 4 cm, një njësi përgjatë boshtit të ordinatave përmban 2 cm Ky informacion është i mjaftueshëm për të kthyer, nëse është e nevojshme, koordinatat "jo standarde" në "centimetrat tanë të zakonshëm".

Dhe pyetja e dytë, e cila në fakt tashmë është përgjigjur, është nëse këndi midis vektorëve bazë duhet të jetë i barabartë me 90 gradë? Jo! Siç thotë përkufizimi, vektorët bazë duhet të jenë vetëm jo-kolineare. Prandaj, këndi mund të jetë çdo gjë përveç 0 dhe 180 gradë.

Një pikë në aeroplan thirrur origjinën, Dhe jokolineare vektorë, , vendosur sistemi koordinativ i rrafshit afin :

Ndonjëherë një sistem i tillë koordinativ quhet i zhdrejtë sistemi. Si shembuj, vizatimi tregon pikat dhe vektorët:

Siç e kuptoni, sistemi i koordinatave afinale është edhe më pak i përshtatshëm, formulat për gjatësitë e vektorëve dhe segmenteve, të cilat diskutuam në pjesën e dytë të mësimit, nuk funksionojnë në të; Vektorë për dummies, shumë formula të shijshme që lidhen me prodhim skalar i vektorëve. Por rregullat për mbledhjen e vektorëve dhe shumëzimin e një vektori me një numër, formulat për pjesëtimin e një segmenti në këtë relacion, si dhe disa lloje të tjera problemesh që do t'i shqyrtojmë së shpejti janë të vlefshme.

Dhe përfundimi është se rasti më i përshtatshëm i veçantë i një sistemi koordinativ afine është sistemi drejtkëndor Kartezian. Kjo është arsyeja pse ju duhet ta shihni më shpesh, i dashuri im. ...Megjithatë, gjithçka në këtë jetë është relative - ka shumë situata në të cilat një kënd i zhdrejtë (ose ndonjë tjetër, për shembull, polare) sistemi i koordinatave. Dhe humanoidëve mund t'u pëlqejnë sisteme të tilla =)

Le të kalojmë në pjesën praktike. Të gjitha problemet në këtë mësim janë të vlefshme si për sistemin e koordinatave drejtkëndëshe ashtu edhe për rastin e përgjithshëm të afinës. Nuk ka asgjë të komplikuar këtu;

Si të përcaktohet kolineariteti i vektorëve të rrafshët?

Gjë tipike. Në mënyrë që dy vektorë të rrafshët ishin kolineare, është e nevojshme dhe e mjaftueshme që koordinatat e tyre përkatëse të jenë proporcionale Në thelb, ky është një detaj koordinativ për koordinatë i marrëdhënies së dukshme.

Shembulli 1

a) Kontrolloni nëse vektorët janë kolinear .
b) A formojnë vektorët një bazë? ?

Zgjidhja:
a) Le të zbulojmë nëse ka për vektorë koeficienti i proporcionalitetit, i tillë që të plotësohen barazitë:

Unë patjetër do t'ju tregoj për versionin "foppish" të zbatimit të këtij rregulli, i cili funksionon mjaft mirë në praktikë. Ideja është që menjëherë të bëni proporcionin dhe të shihni nëse është e saktë:

Le të bëjmë një proporcion nga raportet e koordinatave përkatëse të vektorëve:

Le të shkurtojmë:
, kështu që koordinatat përkatëse janë proporcionale, prandaj,

Marrëdhënia mund të bëhet anasjelltas, ky është një opsion ekuivalent:

Për vetë-test, mund të përdorni faktin që vektorët kolinearë shprehen në mënyrë lineare përmes njëri-tjetrit. Në këtë rast, barazitë ndodhin . Vlefshmëria e tyre mund të verifikohet lehtësisht përmes operacioneve elementare me vektorë:

b) Dy vektorë të rrafshët formojnë bazën nëse nuk janë kolinearë (linearisht të pavarur). Ne shqyrtojmë vektorët për kolinearitet . Le të krijojmë një sistem:

Nga ekuacioni i parë rrjedh se , nga ekuacioni i dytë rrjedh se , që do të thotë sistemi është i paqëndrueshëm(pa zgjidhje). Kështu, koordinatat përkatëse të vektorëve nuk janë proporcionale.

konkluzioni: vektorët janë linearisht të pavarur dhe përbëjnë një bazë.

Një version i thjeshtuar i zgjidhjes duket si ky:

Le të bëjmë një proporcion nga koordinatat përkatëse të vektorëve :
, që do të thotë se këta vektorë janë linearisht të pavarur dhe përbëjnë një bazë.

Zakonisht ky opsion nuk refuzohet nga recensentët, por problem lind në rastet kur disa koordinata janë të barabarta me zero. Si kjo: . Ose si kjo: . Ose si kjo: . Si të punoni përmes proporcionit këtu? (në të vërtetë, ju nuk mund të pjesëtoni me zero). Është për këtë arsye që unë e quajta zgjidhjen e thjeshtuar "foppish".

Përgjigje: a) , b) forma.

Një shembull i vogël krijues për zgjidhjen tuaj:

Shembulli 2

Në çfarë vlere të parametrit janë vektorët a do të jenë ato kolineare?

Në zgjidhjen e mostrës, parametri gjendet përmes proporcionit.

Ekziston një mënyrë elegante algjebrike për të kontrolluar vektorët për kolinearitet, le të sistemojmë njohuritë tona dhe ta shtojmë atë si pikën e pestë.

Për dy vektorë të rrafshët pohimet e mëposhtme janë ekuivalente:

2) vektorët përbëjnë një bazë;
3) vektorët nuk janë kolinear;

+ 5) përcaktorja e përbërë nga koordinatat e këtyre vektorëve është jozero.

Përkatësisht, pohimet e mëposhtme të kundërta janë ekuivalente:
1) vektorët janë të varur në mënyrë lineare;
2) vektorët nuk përbëjnë bazë;
3) vektorët janë kolinearë;
4) vektorët mund të shprehen në mënyrë lineare përmes njëri-tjetrit;
+ 5) përcaktorja e përbërë nga koordinatat e këtyre vektorëve është e barabartë me zero.

Unë me të vërtetë, me të vërtetë shpresoj që tashmë i keni kuptuar të gjitha termat dhe deklaratat që keni hasur.

Le të hedhim një vështrim më të afërt në pikën e re, të pestë: dy vektorë të rrafshët janë kolineare nëse dhe vetëm nëse përcaktorja e përbërë nga koordinatat e vektorëve të dhënë është e barabartë me zero:. Për të aplikuar këtë veçori, natyrisht, duhet të jeni në gjendje gjeni përcaktorë.

Le të vendosim Shembulli 1 në mënyrën e dytë:

a) Le të llogarisim përcaktorin e përbërë nga koordinatat e vektorëve :
, që do të thotë se këta vektorë janë kolinearë.

b) Dy vektorë të rrafshët formojnë bazën nëse nuk janë kolinearë (linearisht të pavarur). Le të llogarisim përcaktorin e përbërë nga koordinatat vektoriale :
, që do të thotë se vektorët janë linearisht të pavarur dhe përbëjnë një bazë.

Përgjigje: a) , b) forma.

Duket shumë më kompakte dhe më e bukur se një zgjidhje me përmasa.

Me ndihmën e materialit të shqyrtuar, është e mundur të përcaktohet jo vetëm kolineariteti i vektorëve, por edhe të vërtetohet paralelizmi i segmenteve dhe vijave të drejta. Le të shqyrtojmë disa probleme me forma specifike gjeometrike.

Shembulli 3

Janë dhënë kulmet e një katërkëndëshi. Vërtetoni se një katërkëndësh është një paralelogram.

Dëshmi: Nuk ka nevojë të krijoni një vizatim në problem, pasi zgjidhja do të jetë thjesht analitike. Le të kujtojmë përkufizimin e një paralelogrami:
Paralelogrami Një katërkëndësh, anët e kundërta të të cilit janë paralele në çift quhet.

Pra, është e nevojshme të vërtetohet:
1) paralelizmi i anëve të kundërta dhe;
2) paralelizmi i anëve të kundërta dhe.

Ne vërtetojmë:

1) Gjeni vektorët:

2) Gjeni vektorët:

Rezultati është i njëjti vektor ("sipas shkollës" - vektorë të barabartë). Kolineariteti është mjaft i dukshëm, por është më mirë që vendimi të zyrtarizohet qartë, me rregullim. Le të llogarisim përcaktorin e përbërë nga koordinatat vektoriale:
, që do të thotë se këta vektorë janë kolinearë, dhe .

konkluzioni: Brinjët e kundërta të një katërkëndëshi janë paralele në çifte, që do të thotë se është paralelogram sipas përkufizimit. Q.E.D.

Më shumë figura të mira dhe të ndryshme:

Shembulli 4

Janë dhënë kulmet e një katërkëndëshi. Vërtetoni se një katërkëndësh është një trapez.

Për një formulim më rigoroz të provës, është më mirë, natyrisht, të merret përkufizimi i një trapezi, por mjafton thjesht të mbani mend se si duket.

Kjo është një detyrë që ju duhet ta zgjidhni vetë. Zgjidhje e plotë në fund të mësimit.

Dhe tani është koha për të lëvizur ngadalë nga avioni në hapësirë:

Si të përcaktohet kolineariteti i vektorëve të hapësirës?

Rregulli është shumë i ngjashëm. Në mënyrë që dy vektorë hapësinorë të jenë kolinear, është e nevojshme dhe e mjaftueshme që koordinatat e tyre përkatëse të jenë proporcionale..

Shembulli 5

Zbuloni nëse vektorët hapësinorë të mëposhtëm janë kolinearë:

A) ;
b)
V)

Zgjidhja:
a) Le të kontrollojmë nëse ka një koeficient proporcionaliteti për koordinatat përkatëse të vektorëve:

Sistemi nuk ka zgjidhje, që do të thotë se vektorët nuk janë kolinearë.

"Thjeshtuar" zyrtarizohet duke kontrolluar proporcionin. Në këtë rast:
– koordinatat përkatëse nuk janë proporcionale, që do të thotë se vektorët nuk janë kolinearë.

Përgjigje: vektorët nuk janë kolinear.

b-c) Këto janë pika për vendimmarrje të pavarur. Provojeni në dy mënyra.

Ekziston një metodë për kontrollimin e kolinearitetit të vektorëve hapësinorë përmes një përcaktori të rendit të tretë, kjo metodë është e mbuluar në artikull Prodhimi vektorial i vektorëve.

Ngjashëm me rastin e planit, mjetet e konsideruara mund të përdoren për të studiuar paralelizmin e segmenteve hapësinore dhe vijave të drejta.

Mirësevini në seksionin e dytë:

Varësia lineare dhe pavarësia e vektorëve në hapësirën tredimensionale.
Baza hapësinore dhe sistemi i koordinatave afine

Shumë nga modelet që kemi ekzaminuar në aeroplan do të jenë të vlefshme për hapësirën. U përpoqa të minimizoja notat e teorisë, pasi pjesa më e madhe e informacionit tashmë është përtypur. Megjithatë, ju rekomandoj që të lexoni me kujdes pjesën hyrëse, pasi do të shfaqen terma dhe koncepte të reja.

Tani, në vend të planit të tavolinës së kompjuterit, ne eksplorojmë hapësirën tredimensionale. Së pari, le të krijojmë bazën e saj. Dikush tani është brenda, dikush është jashtë, por gjithsesi nuk mund t'i shpëtojmë tre dimensioneve: gjerësia, gjatësia dhe lartësia. Prandaj, për të ndërtuar një bazë, do të kërkohen tre vektorë hapësinorë. Një ose dy vektorë nuk mjaftojnë, i katërti është i tepërt.

Dhe përsëri ne ngrohemi në gishta. Ju lutemi ngrini dorën lart dhe përhapeni në drejtime të ndryshme gishtin e madh, treguesin dhe gishtin e mesit. Këta do të jenë vektorë, ata duken në drejtime të ndryshme, kanë gjatësi të ndryshme dhe kanë kënde të ndryshme ndërmjet tyre. Urime, baza e hapësirës tre-dimensionale është gati! Meqë ra fjala, nuk ka nevojë t'ua demonstroni këtë mësuesve, sado që t'i ktheni gishtat, por nuk ka shpëtim nga përkufizimet =)

Më pas, le t'i bëjmë vetes një pyetje të rëndësishme: a formojnë çdo tre vektorë bazën e hapësirës tredimensionale? Ju lutemi, shtypni fort tre gishtat në pjesën e sipërme të tavolinës së kompjuterit. Cfare ndodhi? Tre vektorë janë të vendosur në të njëjtin rrafsh dhe, përafërsisht, ne kemi humbur një nga dimensionet - lartësinë. Vektorë të tillë janë koplanare dhe, është mjaft e qartë se baza e hapësirës tredimensionale nuk është krijuar.

Duhet të theksohet se vektorët koplanarë nuk duhet të shtrihen në të njëjtin rrafsh, ata mund të jenë në plane paralele (thjesht mos e bëni këtë me gishtat tuaj, vetëm Salvador Dali e bëri këtë =)).

Përkufizimi: quhen vektorë koplanare, nëse ka një rrafsh me të cilin ato janë paralele. Është logjike të shtohet këtu se nëse një plan i tillë nuk ekziston, atëherë vektorët nuk do të jenë koplanarë.

Tre vektorë koplanarë janë gjithmonë të varur në mënyrë lineare, pra shprehen në mënyrë lineare nëpërmjet njëra-tjetrës. Për thjeshtësi, le të imagjinojmë përsëri se ata shtrihen në të njëjtin plan. Së pari, vektorët nuk janë vetëm koplanarë, por mund të jenë edhe kolinearë, pastaj çdo vektor mund të shprehet përmes çdo vektori. Në rastin e dytë, nëse, për shembull, vektorët nuk janë kolinear, atëherë vektori i tretë shprehet përmes tyre në një mënyrë unike: (dhe pse është e lehtë të merret me mend nga materialet në pjesën e mëparshme).

E kundërta është gjithashtu e vërtetë: tre vektorë jokoplanarë janë gjithmonë të pavarur në mënyrë lineare dmth nuk shprehen në asnjë mënyrë nëpërmjet njëra-tjetrës. Dhe, padyshim, vetëm vektorë të tillë mund të formojnë bazën e hapësirës tre-dimensionale.

Përkufizimi: Baza e hapësirës tre-dimensionale quhet trefishi i vektorëve linearisht të pavarur (jokoplanarë), marrë në një rend të caktuar, dhe çdo vektor të hapësirës e vetmja mënyrë zbërthehet mbi një bazë të caktuar, ku janë koordinatat e vektorit në këtë bazë

Më lejoni t'ju kujtoj se mund të themi se vektori paraqitet në formë kombinim linear vektorët bazë.

Koncepti i një sistemi koordinativ paraqitet saktësisht në të njëjtën mënyrë si për rastin e rrafshët, mjafton një pikë dhe tre vektorë të pavarur linearë;

origjinën, Dhe jokomplanare vektorë, marrë në një rend të caktuar, vendosur sistemi koordinativ afin i hapësirës tredimensionale :

Sigurisht, rrjeti i koordinatave është "i zhdrejtë" dhe i papërshtatshëm, por, megjithatë, sistemi koordinativ i ndërtuar na lejon patjetër të përcaktojë koordinatat e çdo vektori dhe koordinatat e çdo pike në hapësirë. Ngjashëm me një plan, disa formula që kam përmendur tashmë nuk do të funksionojnë në sistemin e koordinatave afinale të hapësirës.

Rasti i veçantë më i njohur dhe më i përshtatshëm i një sistemi koordinativ afine, siç e mendojnë të gjithë, është sistem koordinativ hapësinor drejtkëndor:

Një pikë në hapësirë ​​e quajtur origjinën, Dhe ortonormaleështë vendosur baza Sistemi i koordinatave hapësinore drejtkëndore karteziane . Foto e njohur:

Para se të kalojmë në detyra praktike, le të sistemojmë përsëri informacionin:

Për tre vektorë hapësinorë pohimet e mëposhtme janë ekuivalente:
1) vektorët janë linearisht të pavarur;
2) vektorët përbëjnë një bazë;
3) vektorët nuk janë koplanarë;
4) vektorët nuk mund të shprehen në mënyrë lineare me njëri-tjetrin;
5) përcaktori, i përbërë nga koordinatat e këtyre vektorëve, është i ndryshëm nga zero.

Mendoj se pohimet e kundërta janë të kuptueshme.

Varësia/pavarësia lineare e vektorëve të hapësirës tradicionalisht kontrollohet duke përdorur një përcaktues (pika 5). Detyrat praktike të mbetura do të jenë të një natyre të theksuar algjebrike. Është koha për të varur shkopin e gjeometrisë dhe për të përdorur shkopin e bejsbollit të algjebrës lineare:

Tre vektorë të hapësirës janë koplanare nëse dhe vetëm nëse përcaktorja e përbërë nga koordinatat e vektorëve të dhënë është e barabartë me zero: .

Unë do të doja të tërhiqja vëmendjen tuaj në një nuancë të vogël teknike: koordinatat e vektorëve mund të shkruhen jo vetëm në kolona, ​​por edhe në rreshta (vlera e përcaktorit nuk do të ndryshojë për shkak të kësaj - shikoni vetitë e përcaktuesve). Por është shumë më mirë në kolona, ​​pasi është më e dobishme për zgjidhjen e disa problemeve praktike.

Për ata lexues që i kanë harruar pak metodat e llogaritjes së përcaktorëve, ose ndoshta nuk i kuptojnë fare ato, unë rekomandoj një nga mësimet e mia më të vjetra: Si të llogarisim përcaktorin?

Shembulli 6

Kontrolloni nëse vektorët e mëposhtëm formojnë bazën e hapësirës tre-dimensionale:

Zgjidhje: Në fakt, e gjithë zgjidhja zbret në llogaritjen e përcaktorit.

a) Le të llogarisim përcaktorin e përbërë nga koordinatat vektoriale (përcaktori zbulohet në rreshtin e parë):

, që do të thotë se vektorët janë linearisht të pavarur (jo koplanarë) dhe përbëjnë bazën e hapësirës tredimensionale.

Përgjigju: këta vektorë përbëjnë një bazë

b) Kjo është një pikë për një vendim të pavarur. Zgjidhje e plotë dhe përgjigje në fund të mësimit.

Ekzistojnë gjithashtu detyra krijuese:

Shembulli 7

Në cilën vlerë të parametrit vektorët do të jenë koplanarë?

Zgjidhje: Vektorët janë koplanarë nëse dhe vetëm nëse përcaktorja e përbërë nga koordinatat e këtyre vektorëve është e barabartë me zero:

Në thelb, ju duhet të zgjidhni një ekuacion me një përcaktor. Ne zbresim në zero si qiftet në jerboa - është më mirë të hapni përcaktuesin në rreshtin e dytë dhe menjëherë të hiqni qafe minuset:

Ne kryejmë thjeshtime të mëtejshme dhe e reduktojmë çështjen në ekuacionin linear më të thjeshtë:

Përgjigju: në

Është e lehtë të kontrollosh këtu për ta bërë këtë, duhet të zëvendësosh vlerën që rezulton në përcaktuesin origjinal dhe të sigurohesh që , duke e hapur përsëri.

Si përfundim, do të shqyrtojmë një problem tjetër tipik, i cili është më i natyrës algjebrike dhe tradicionalisht përfshihet në një kurs algjebër linear. Është aq e zakonshme sa meriton temën e vet:

Vërtetoni se 3 vektorë përbëjnë bazën e hapësirës tredimensionale
dhe gjeni koordinatat e vektorit të 4-të në këtë bazë

Shembulli 8

Janë dhënë vektorët. Tregoni se vektorët formojnë një bazë në hapësirën tredimensionale dhe gjeni koordinatat e vektorit në këtë bazë.

Zgjidhje: Së pari, le të merremi me gjendjen. Sipas kushteve, jepen katër vektorë dhe, siç mund ta shihni, ata tashmë kanë koordinata në një farë mase. Se çfarë është kjo bazë nuk na intereson. Dhe gjëja e mëposhtme është me interes: tre vektorë mund të formojnë një bazë të re. Dhe faza e parë përkon plotësisht me zgjidhjen e Shembullit 6, është e nevojshme të kontrollohet nëse vektorët janë vërtet të pavarur:

Le të llogarisim përcaktorin e përbërë nga koordinatat vektoriale:

, që do të thotë se vektorët janë linearisht të pavarur dhe përbëjnë bazën e hapësirës tredimensionale.

! E rëndësishme : koordinatat vektoriale Domosdoshmërisht shkruani në kolona përcaktor, jo në vargje. Përndryshe, do të ketë konfuzion në algoritmin e mëtejshëm të zgjidhjes.

Baza e hapësirës ata e quajnë një sistem të tillë vektorësh në të cilin të gjithë vektorët e tjerë në hapësirë ​​mund të paraqiten si një kombinim linear i vektorëve të përfshirë në bazë.
Në praktikë, e gjithë kjo zbatohet mjaft thjesht. Baza, si rregull, kontrollohet në një plan ose në hapësirë, dhe për këtë ju duhet të gjeni përcaktuesin e një matrice të rendit të dytë, të tretë të përbërë nga koordinata vektoriale. Më poshtë janë shkruar në mënyrë skematike kushtet në të cilat vektorët formojnë një bazë

për të zgjeroni vektorin b në vektorë bazë
e,e...,e[n] është e nevojshme të gjenden koeficientët x, ..., x[n] për të cilët kombinimi linear i vektorëve e,e...,e[n] është i barabartë me vektor b:
x1*e+ ... + x[n]*e[n] = b.
Për ta bërë këtë, ekuacioni i vektorit duhet të shndërrohet në një sistem ekuacionesh lineare dhe duhet të gjenden zgjidhje. Kjo është gjithashtu mjaft e thjeshtë për t'u zbatuar.
Quhen koeficientët e gjetur x, ..., x[n] koordinatat e vektorit b në bazë e,e...,e[n].
Le të kalojmë në anën praktike të temës.

Zbërthimi i një vektori në vektorë bazë

Detyra 1. Kontrolloni nëse vektorët a1, a2 formojnë një bazë në rrafsh

1) a1 (3; 5), a2 (4; 2)
Zgjidhje: Nga koordinatat e vektorëve hartojmë një përcaktor dhe e llogarisim atë

Përcaktori nuk është zero, prandaj vektorët janë linearisht të pavarur, që do të thotë se ata formojnë një bazë.

2) a1 (2; -3), a2 (5;-1)
Zgjidhje: Llogaritim përcaktorin e përbërë nga vektorë

Përcaktori është i barabartë me 13 (jo i barabartë me zero) - nga kjo rrjedh se vektorët a1, a2 janë një bazë në plan.

---=================---

Le të shohim shembuj tipikë nga programi MAUP në disiplinën “Matematika e Lartë”.

Detyra 2. Tregoni se vektorët a1, a2, a3 formojnë bazën e një hapësire vektoriale tredimensionale dhe zgjeroni vektorin b sipas kësaj baze (përdorni metodën e Cramer-it kur zgjidhni një sistem ekuacionesh algjebrike lineare).
1) a1 (3; 1; 5), a2 (3; 2; 8), a3 (0; 1; 2), b (−3; 1; 2).
Zgjidhja: Së pari, merrni parasysh sistemin e vektorëve a1, a2, a3 dhe kontrolloni përcaktuesin e matricës A

ndërtuar mbi vektorë jozero. Matrica përmban një element zero, kështu që është më e përshtatshme të llogaritet përcaktori si një plan në kolonën e parë ose në rreshtin e tretë.

Si rezultat i llogaritjeve, ne zbuluam se përcaktori është i ndryshëm nga zero, pra vektorët a1, a2, a3 janë linearisht të pavarur.
Sipas përkufizimit, vektorët formojnë një bazë në R3. Le të shkruajmë planin e vektorit b bazuar në

Vektorët janë të barabartë kur koordinatat e tyre përkatëse janë të barabarta.
Prandaj, nga ekuacioni vektorial fitojmë një sistem ekuacionesh lineare

Le të zgjidhim SLAE Metoda e Cramer-it. Për ta bërë këtë, ne shkruajmë sistemin e ekuacioneve në formë

Përcaktori kryesor i një SLAE është gjithmonë i barabartë me përcaktuesin e përbërë nga vektorët bazë

Prandaj, në praktikë nuk llogaritet dy herë. Për të gjetur përcaktorë ndihmës, vendosim një kolonë me terma të lirë në vend të secilës kolonë të përcaktorit kryesor. Përcaktorët llogariten duke përdorur rregullën e trekëndëshit



Le të zëvendësojmë përcaktuesit e gjetur në formulën e Cramer-it



Pra, zgjerimi i vektorit b për nga baza ka formën b=-4a1+3a2-a3. Koordinatat e vektorit b në bazën a1, a2, a3 do të jenë (-4,3, 1).

2)a1 (1; -5; 2), a2 (2; 3; 0), a3 (1; -1; 1), b (3; 5; 1).
Zgjidhja: Ne kontrollojmë vektorët për një bazë - ne hartojmë një përcaktor nga koordinatat e vektorëve dhe e llogarisim atë

Prandaj, përcaktori nuk është i barabartë me zero vektorët formojnë bazën në hapësirë. Mbetet për të gjetur orarin e vektorit b përmes kësaj baze. Për ta bërë këtë, ne shkruajmë ekuacionin e vektorit

dhe shndërrohen në një sistem ekuacionesh lineare

Shkruajmë ekuacionin e matricës

Më pas, për formulat e Cramer-it gjejmë përcaktorë ndihmës



Ne aplikojmë formulat e Cramer



Pra, një vektor i dhënë b ka një skemë përmes dy vektorëve bazë b=-2a1+5a3, dhe koordinatat e tij në bazë janë të barabarta me b(-2,0, 5).