background image

WEKTORY 

 

Współrzędne punktu w przestrzeni 

W przestrzeni dany jest układ współrzędnych. Każdemu 
punktowi odpowiada trójka liczb zwanych współrzędnymi 
tego punktu.  

Współrzędne punktu zapisujemy w nawiasach okrągłych 
np. 

)

4

,

3

,

5

(

P

 

Współrzędne wektora w przestrzeni 

W przestrzeni dane są dwa punkty: 

)

,

,

(

1

1

1

1

z

y

x

P

   oraz   

)

,

,

(

2

2

2

2

z

y

x

P

 

Wektor   

]

,

,

[

1

2

1

2

1

2

2

1

z

z

y

y

x

x

P

P

 

 

Przykład 1. Dane są punkty:  

)

3

,

2

,

4

(

1

P

,  

)

2

,

5

,

1

(

2

P

 

Napisz współrzędne wektora 

2

1

P

P

Rozwiązanie. 

]

1

,

3

,

3

[

]

3

2

,

2

5

,

4

1

[

2

1

P

P

 

background image

Przykład 2. Dany jest punkt 

)

5

,

0

,

4

(

2

P

 i wektor 

]

3

,

1

,

2

[

2

1

P

P

. Wyznacz punkt 

1

P

 . 

Rozwiązanie.  Oznaczmy: 

)

,

,

(

1

z

y

x

P

Wówczas:    

]

5

,

0

,

4

[

2

1

z

y

x

P

P

Zatem:   

3

5

,

1

,

2

4

z

y

x

 

Stąd:    

8

,

1

,

6

z

y

x

 

Odpowiedź. 

)

8

,

1

,

6

(

1

P

 

 

Długość wektora 

Dany jest wektor 

]

,

,

[

z

y

x

u

u

u

u

. Długość tego wektora 

oznaczamy:  

|

|

u

.  Wyraża się ona wzorem: 

2

2

2

|

|

z

y

x

u

u

u

u

 

 

Przykład 3. Dane są punkty:  

)

1

,

0

,

2

(

1

P

,  

)

2

,

3

,

4

(

2

P

 

Wyznacz długość wektora 

2

1

P

P

Rozwiązanie. Napiszmy współrzędne wektora 

2

1

P

P

background image

]

1

,

3

,

2

[

]

1

2

,

0

3

,

2

4

[

2

1

P

P

 

Teraz obliczymy jego długość: 

74

,

3

14

1

3

2

|

|

2

2

2

2

1

P

P

 

 

Dodawanie i odejmowanie wektorów, mnożenie wektora 
przez liczbę 

Działania te wykonujemy tak jak na macierzach (zapis 
wektora traktujemy jak macierz jednowierszową). 

Przykład 4.  Dane są wektory: 

]

2

,

1

,

3

[

u

]

0

,

2

,

1

[

v

 

Wyznacz wektor 

v

u

3

2

Rozwiązanie.  

]

4

,

4

,

3

[

]

0

,

6

,

3

[

]

4

,

2

,

6

[

]

0

,

2

,

1

[

3

]

2

,

1

,

3

[

2

3

2

v

u

 

 

Iloczyn skalarny wektorów 

Dane są wektory:  

background image

]

,

,

[

z

y

x

u

u

u

u

,  

]

,

,

[

z

y

x

v

v

v

v

 

Iloczyn skalarny tych wektorów jest to liczba 

v

z

z

y

y

x

x

v

u

v

u

v

u

 

 

Kąt między wektorami 

Dane są wektory niezerowe 

u

  oraz  

v

Cosinus kąta między nimi wyraża się wzorem: 

|

|

|

|

)

,

(

cos

v

u

v

u

v

u

 

 

Przykład 5. Oblicz cosinus kąta między wektorami 

]

4

,

1

,

2

[

u

,   

]

0

,

2

,

1

[

v

Rozwiązanie. Kolejno obliczamy: 

8

1

4

2

)

1

(

3

2

v

 

21

4

)

1

(

2

|

|

2

2

2

u

 

background image

14

1

2

3

|

|

2

2

2

v

 

467

,

0

14

21

8

|

|

|

|

)

,

(

cos

v

u

v

u

v

u

 

Za pomocą tablic lub kalkulatora możemy odczytać, że ten 
kąt ma około 62 stopnie. 

Twierdzenie. Wektory niezerowe 

u

  oraz  

v

  są 

prostopadłe wtedy i tylko wtedy gdy 

 

0

v

 

Uzasadnienie. Wektory prostopadłe tworzą kąt 90

0

Cosinus 90

0

 jest równy 0. Ułamek  

|

|

|

|

v

u

v

  jest równy 

zero gdy jego licznik jest równy zero, tzn. gdy 

0

v

 

Przykład 6. Dla jakich wartości k wektory 

]

4

,

2

,

3

[

u

  oraz  

]

1

,

5

,

[k

v

  są prostopadłe? 

Rozwiązanie. Obliczamy iloczyn skalarny tych wektorów: 

background image

6

3

1

)

4

(

5

2

3

k

k

v

 

i przyrównujemy go do zera:  

0

6

3

k

Stąd:  

2

k

 

Iloczyn wektorowy wektorów 

Dane są wektory:    

]

,

,

[

z

y

x

u

u

u

u

 

]

,

,

[

z

y

x

v

v

v

v

 

Iloczyn wektorowy tych wektorów jest to wektor 

y

x

y

x

z

x

z

x

z

y

z

y

v

v

u

u

v

v

u

u

v

v

u

u

v

u

,

,

 

 

Przykład 7. Wyznacz iloczyn wektorowy wektorów   

]

4

,

1

,

2

[

u

,   

]

0

,

2

,

1

[

v

Rozwiązanie. Dla wygody rachunkowej dobrze jest 
zapisać te wektory jeden pod drugim:    

 

]

4

,

1

,

2

[

u

 

background image

 

]

0

,

2

,

1

[

v

 

2

1

1

2

,

0

1

4

2

,

0

2

4

1

v

u

=

]

3

,

4

,

8

[

 

 

Przykład 8. Oblicz iloczyn skalarny: 

a) wektora 

u

 i   wektora 

v

u

   z poprzedniego przykładu 

b) wektora 

v

 i   wektora 

v

u

   z poprzedniego 

przykładu 

Rozwiązanie.  

a) 

]

4

,

1

,

2

[

u

,  

v

u

 

]

3

,

4

,

8

[

 

 

u

0

3

4

)

4

(

)

1

(

)

8

(

2

)

(

v

u

 

 

Oznacza to, że wektory 

u

 oraz 

v

u

 są prostopadłe. 

b) 

]

0

,

2

,

1

[

v

,  

v

u

 

]

3

,

4

,

8

[

 

 

v

0

3

0

)

4

(

2

)

8

(

)

1

(

)

(

v

u

 

Oznacza to, że wektory 

v

 oraz 

v

u

 są prostopadłe. 

background image

Wynik tego przykładu nie jest przypadkowy. Prawdziwe 
jest bowiem twierdzenie: 

Wektor  

v

u

  jest prostopadły zarówno do wektora 

u

 

jak i do wektora 

v

 

Równanie płaszczyzny 

Równanie postaci   

0

D

Cz

By

Ax

, w którym  

D

C

B

A

,

,

,

  są liczbami, przedstawia płaszczyznę 

(przynajmniej jedna z tych liczb musi być różna od zera). 

 

Przykład 9. Sprawdź, czy punkt (4, -1, 2) należy do 
płaszczyzny  

0

2

3

2

z

y

x

Rozwiązanie. Do równania płaszczyzny wstawiamy 

2

,

1

,

4

z

y

x

Dostajemy: 

0

5

2

2

)

1

(

3

4

2

, co oznacza, że 

punkt nie należy do płaszczyzny. 

Twierdzenie. Wektor  

]

,

,

[

C

B

A

N

  jest prostopadły do 

płaszczyzny o równaniu 

0

D

Cz

By

Ax

background image

Przykład 10. Napisać równanie płaszczyzny prostopadłej 

do wektora 

]

1

,

3

,

2

[

N

  i  przechodzącej przez punkt  

(3,5,0). 

Rozwiązanie. Do równania płaszczyzny 

0

D

Cz

By

Ax

  wstawiamy 

1

,

3

,

2

C

B

A

Dostajemy równanie  

0

3

2

D

z

y

x

. Trzeba znaleźć 

D. Ponieważ punkt (3, 5, 0) ma leżeć na tej płaszczyźnie, 
więc musi spełniać jej równanie. Wstawiamy 

0

,

5

,

3

z

y

x

 i mamy: 

0

0

5

3

3

2

D

,  stąd  

9

D

.  

Odpowiedź:  

0

9

3

2

z

y

x

 

Przykład 11. Napisz równanie płaszczyzny przechodzącej 
przez punkty 

)

2

,

2

,

2

(

),

4

,

1

,

3

(

),

0

,

1

,

2

(

C

B

A

Rozwiązanie. Wyznaczymy wektor 

N

 prostopadły do 

szukanej płaszczyzny. W tym celu najpierw napiszemy 
współrzędne wektorów:  

]

4

,

0

,

1

[

]

0

4

,

1

1

,

2

3

[

AB

 

]

2

,

1

,

0

[

]

0

2

,

1

2

,

2

2

[

AC

background image

Jak wiemy iloczyn wektorowy tych wektorów jest do nich 
obu prostopadły. Zatem: 

]

1

,

2

,

4

[

1

0

0

1

,

2

0

4

1

,

2

1

4

0

AC

AB

N

 

Szukana płaszczyzna ma więc równanie postaci:  

0

2

4

D

z

y

x

. Wstawimy do tego równania 

współrzędne jednego z danych punktów, np. punktu A
Dostaniemy: 

0

0

1

2

2

4

D

,  stąd  

10

D

Odpowiedź:  

0

10

2

4

z

y

x

 

Ćwiczenie. Sprawdź samodzielnie, że punkty ABC  
istotnie należą do wyznaczonej płaszczyzny.