Назад к темам

Скалярное произведение

Тренироваться
1

Скалярное произведение

Зачем это в ЕГЭ. В задании №2 — угол между векторами, проверка перпендикулярности и параллельности, иногда проекция на направление.

Главная идея. В координатах ab=x1x2+y1y2\vec a\cdot\vec b=x_1x_2+y_1y_2. Связь с углом φ\varphi между ненулевыми векторами: cosφ=abab\cos\varphi=\dfrac{\vec a\cdot\vec b}{|\vec a||\vec b|}. Если ab=0\vec a\cdot\vec b=0 и векторы ненулевые — φ=90\varphi=90^\circ.

Алгоритм (чеклист).
1. Вычислить ab\vec a\cdot\vec b по координатам; при необходимости a=x12+y12|\vec a|=\sqrt{x_1^2+y_1^2}.
2. Для угла: подставить в cosφ\cos\varphi, учесть ограничение cosφ[1,1]\cos\varphi\in[-1,1]; арккосинус даёт угол 00^\circ180180^\circ.
3. Перпендикулярность: сначала проверить «оба ненулевые», затем скалярное =0=0.
4. Проекция a\vec a на направление e\vec e (e=1|\vec e|=1): величина (ae)(\vec a\cdot\vec e) со знаком по направлению e\vec e.

Опоры (кратко). (ka)b=k(ab)(k\vec a)\cdot\vec b=k(\vec a\cdot\vec b); a+b2=a2+2ab+b2|\vec a+\vec b|^2=|\vec a|^2+2\vec a\cdot\vec b+|\vec b|^2.

Пример 1 (угол между векторами). a=(1,0)\vec a=(1,0), b=(1,1)\vec b=(1,1). Найти cosφ\cos\varphi и угол φ\varphi.

Шаг 1. ab=1\vec a\cdot\vec b=1, a=1|\vec a|=1, b=2|\vec b|=\sqrt{2}.

Шаг 2. cosφ=12=22\cos\varphi=\frac{1}{\sqrt{2}}=\frac{\sqrt{2}}{2}.

Шаг 3. φ=45\varphi=45^\circ (или π4\frac{\pi}{4} рад).

Пример 2 (перпендикулярность). u=(3,4)\vec u=(3,4), v=(4,3)\vec v=(-4,3). Проверить, что угол 9090^\circ.

Шаг 1. uv=3(4)+43=12+12=0\vec u\cdot\vec v=3\cdot(-4)+4\cdot3=-12+12=0.

Шаг 2. u=5|\vec u|=5, v=5|\vec v|=5 — оба ненулевые.

Шаг 3. Скалярное нулевое ⇒ перпендикулярны.

Типичные ошибки. Делят на ab|\vec a||\vec b| без проверки на ноль; путают угол между прямыми с углом между направляющими; используют sin\sin вместо cos\cos в формуле из скалярного произведения.

Дальше. Угол между прямыми и смешанные задачи №2 в тренажёре.

Теория изучена?

Закрепи знания на практике — переходи к тренировке!

Тренироваться