Bỏ qua nội dung

T.10 · Vector geometry, projections and oriented area

GRE Subject Test · GRE Mathematics · Chủ đề 24

24

Phạm vi và yêu cầu tiên quyết

Chuẩn bị GRE đại học. Mục tiêu cục bộ nằm trong phạm vi ETS đã xem xét; đây là giảng dạy nguyên bản, không phải bài thi chính thức hoặc dự đoán điểm số.

Kiến thức nền tảng: Véc-tơ tọa độ, tích vô hướng/tích có hướng và chuẩn.

  • Sử dụng tích vô hướng để phân loại góc và tính toán hình chiếu
  • Tính diện tích tam giác và định hướng bằng tích có hướng
  • Xây dựng hoặc bác bỏ các cấu hình dấu tích vô hướng phẳng

vuông góc: Có tích vô hướng bằng không trong không gian tích trong thực.

tích có hướng: Một vectơ vuông góc theo hướng xác định trong ba chiều có độ lớn bằng diện tích hình bình hành tạo bởi hai vectơ.

Từ vựng Luyện tập
English Tiếng Việt
orthogonal/ɔːˈθɒɡənl/ vuông góc
cross product/krɒs ˈprɒdʌkt/ tích có hướng
24

Chọn và biện minh cho một phương pháp

Đối với các vectơ thực u, v khác không, u·v=|u||v| cos θ. Tích vô hướng dương, bằng 0 hay âm tương ứng với góc nhọn, vuông hay tù nhỏ hơn. Hình chiếu vô hướng của v dọc theo u là (v·u)/|u|; hình chiếu vectơ là ((v·u)/(u·u))u. Hiệu từ hình chiếu này vuông góc với u. Đừng nhầm lẫn vectơ hình chiếu với thành phần vô hướng có dấu của nó. Vectơ không vuông góc với mọi vectơ nhưng không có hướng góc xác định.

Đối với vectơ ba chiều, u×v vuông góc với cả hai và có độ dài |u||v| sin θ. Tính toán tọa độ sử dụng (u₂v₃−u₃v₂, u₃v₁−u₁v₃, u₁v₂−u₂v₁). Độ dài này chính là diện tích hình bình hành, nên một tam giác từ hai vectơ cạnh sẽ có diện tích bằng nửa diện tích đó. Đảo thứ tự chúng sẽ đảo ngược tích có hướng nhưng giữ nguyên diện tích. Xây dựng cả hai vectơ cạnh từ cùng một đỉnh; lấy tích có hướng của hai vectơ vị trí không liên quan thường sẽ đo sai diện tích tam giác.

Mặt phẳng qua điểm p với vectơ pháp tuyến n khác không có phương trình n·(x−p)=0. Khoảng cách từ q đến mặt phẳng là |n·(q−p)|/|n|; mẫu số chuẩn hóa thang đo của phương trình. Tích hỗn tạp u·(v×w) cho thể tích hình hộp có dấu; giá trị tuyệt đối của nó là thể tích hình học. Tích hỗn tạp bằng không nghĩa là sự phụ thuộc tuyến tính của ba vectơ cạnh, không nhất thiết mỗi cặp đều vuông góc hay song song.

For four planar vectors, there are six unordered dot products. The configuration e₁,−e₁,e₂,−e₂ has two negative products and four zeros; e₁,e₁,e₂,e₂ has two positive products and four zeros. Four nonzero vectors cannot have every pairwise dot product negative. Order their directions around the circle: each consecutive angular gap would have to exceed 90°, forcing the sum of four gaps above 360°. A zero vector cannot rescue a strict-negative requirement, because its dot products vanish.

24

Ví dụ giải thích chi tiết

Với p=(0,0,0), q=(2,0,0), r=(0,3,0), các cạnh là u=(2,0,0), v=(0,3,0). Tích có hướng của chúng là (0,0,6), cho diện tích tam giác 3. Với w=(3,4) và u=(1,0), hình chiếu vectơ là (3,0) và phần dư vuông góc là (0,4). Mặt phẳng 2x−y+2z=6 có độ dài pháp tuyến 3, do đó khoảng cách từ gốc tọa độ là 6/3=2.

Trái: tam giác với các cạnh u = (2, 0, 0) và v = (0, 3, 0), diện tích 3. Phải: các vectơ đơn vị ±e₁ và ±e₂
Diện tích tam giác = |u × v| / 2 = 6 / 2 = 3
24

Điều kiện và phản ví dụ

Độ lớn của tích có hướng là diện tích hình bình hành, nên chia đôi để có diện tích tam giác. Tích vô hướng bằng 0 là phát biểu trực giao đại số ngay cả đối với vectơ không. Khoảng cách mặt phẳng phải chia cho độ dài pháp tuyến.

24

Ứng dụng hướng dẫn

Chiếu $v=(2,3,6)$ lên $u=(1,0,2)$. Tìm diện tích tam giác có các đỉnh O, u và v. Kiểm tra phần dư hình chiếu có vuông góc với u.

Giải mẫu

$v\cdot u=14$ và $u\cdot u=5$, do đó vectơ hình chiếu là $(14/5)u=(14/5,0,28/5)$. Phần dư là $(-4/5,3,2/5)$, tích vô hướng của nó với u bằng 0. Tích có hướng là $u\times v=(-6,-2,3)$ với độ dài bẩy. Diện tích tam giác bằng nửa diện tích hình bình hành, tức là $7/2$. Cả hai vectơ cạnh đều bắt đầu tại O; lấy tích có hướng của hai vectơ vị trí không liên quan sẽ không tính được diện tích tam giác yêu cầu.

24

Chuyển giao độc lập

Bốn vectơ khác không trong $\mathbb R^2$ có thể có sáu tích đôi đều âm nghiêm ngặt không? Hãy đưa ra chứng minh. Việc cho phép các tích bằng 0 thay đổi những khả năng như thế nào?

Kiểm tra sau khi đã làm

Sắp xếp các hướng của chúng quanh vòng tròn. Mỗi khoảng cách liên tiếp phải vượt $\pi/2$: nếu một khoảng cách nhỏ hơn hoặc bằng $\pi/2$, cặp đó sẽ có tích vô hướng không âm. Bốn khoảng cách như vậy sẽ cộng lại lớn hơn $2\pi$, điều bất khả thi. Do đó không thể tất cả sáu tích đều âm nghiêm ngặt. Với các tích không dương, $e_1,e_2,-e_1,-e_2$ hoạt động: các cặp liên tiếp vuông góc và các cặp đối diện có tích âm. Vectơ không không thỏa mãn tính âm nghiêm ngặt.

Bài học tương tác về chủ đề này

Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.

Nhiều chủ đề hơn trong GRE Subject Test · GRE Mathematics

Đăng nhập hoặc tạo tài khoản

IGCSE, A-Level & AP