Смешанное произведение трех векторов

Смешанным произведением трех векторов а,b,с называется число, которое обозначается символом ахb-с (смешанное произведение иногда называют векторно-скалярным).

Если векторы а,b,с некомпланарны, то смешанное произведение а´b-с равно объему параллелепипеда, построенного на векторах а,b,с, взятому со знаком "+", если упорядоченная тройка векторов а,b,с-правая, и со знаком "-", если эта тройка - левая.

Из свойств смешанного произведения трех векторов следует от­метить следующие:

1)при круговой перестановке векторов смешанное произведение не ме­няется, т.е. (aх b)× с = (сха)× b = (bхс)× а;

2)если в смешанном произведении поменять местами два соседних сомножителя, то произведение изменит знак, т.е. (aх b)× с = -(ахс)× b ;

3) смешанное произведение равно нулю тогда и только тогда, когда векторы компланарны, т.е. условием компланарности векторов являет­ся равенство нулю смешанного произведения этих векторов.

Смешанное произведение векторов в декартовом базисе

{i,j,k}.Если а(a_x, a_y, a_z), b(b_x, b_y, b_z,) и с(с_x, c_y, c_z), то

Условие компланарности векторов (1.2.12)

Наиболее распространенные задачи, решаемые при помощи смешанного произведения:

1)найти объем параллелепипеда, построенного на векторах а,b,с:

V = |а х b× с|,

2) найти объем тетраэдра, построенного на векторах а,b,с:

V=1/6 (|а х b× с|)

3) проверить компланарны ли векторы а,b,с, если а х b× с=0, то векторы компланарны, если а х b× с¹ 0, то векторы некомпланарны;

4)проверить правую или левую тройку образуют векторы а,b,с,

>0 -тройка векторов - правая ,

а х b× с=.

<0 - тройка векторов левая.

Замечание: смешанное произведение векторов а,b,с, как правило, записывают в виде а× b× с .

Пример 1.2.10. Вычислить длину высоты тетраэдра ABCD, прове­денную из вершины D к основанию АВС, если вершины тетраэдра имеют координаты:

А (1,2,0), B(2,1,1), С(0,-3,-1), D(3,3,4). Найдем координаты векторов, выходящих из вершины А:

АВ(1,-1,1), AC(-1,-5,-1), AD(2,1,4), V_тетр=1/6(|АВ×АС×AD|); V_тетр=1/3(S_DABC×H_D);

S_DABC=1/2 (|AB´AC|); H_D= . Отсюда

Вопросы для самопроверки:

1.Сформулируйте правила треугольника и параллелограма сложения векторов.

2.Укажите принципиальное различие в формулах для вычисления длины

вектора в произвольном и декартовом базисах.

З. Чему равно скалярное произведение базисных векторов в декартовом

базисе?

4.Чему равно векторное произведение базисных векторов в декартовом

базисе?

5.Запишите условие компланарности векторов. Приведите пример.

6.Можно ли построить треугольник на векторах а,b,а+b ?

7.Приведите пример условия, при выполнении которого из трех векторов a, b,с можно образовать треугольник.

8. Докажите, что объем тетраэдра вычисляется по формуле V= | а× b× с|

9. Вычислите угол между векторами, совпадающими со скрещивающимися ребрами тетраэдра.

10.Как Вы считаете, произведение векторов axbxc (двойное векторное) является векторной величиной или скалярной?