2

Скалярное произведение векторов

[50/80%]
Показать
LaTeX
Задача 2.1

Найти скалярное произведение векторов a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, если:

?
(1)

∣a∣=3,∣b∣=1,∠(a,b)=45∘\left|\mathbf{a}\right| = 3, \left|\mathbf{b}\right| = 1, \quad \angle (\mathbf{a}, \mathbf{b}) = 45^{\circ }

(2)

∣a∣=6,∣b∣=7,∠(a,b)=120∘\left|\mathbf{a}\right| = 6, \left|\mathbf{b}\right| = 7, \quad \angle (\mathbf{a}, \mathbf{b}) = 120^{\circ }

(3)

∣a∣=4,∣b∣=2,∠(a,b)=90∘\left|\mathbf{a}\right| = 4, \left|\mathbf{b}\right| = 2, \quad \angle (\mathbf{a}, \mathbf{b}) = 90^{\circ }

(4)

∣a∣=5,∣b∣=1,a\left|\mathbf{a}\right| = 5, \left|\mathbf{b}\right| = 1, \quad \mathbf{a} и b\mathbf{b} сонаправлены

(5)

∣a∣=2,∣b∣=3,a\left|\mathbf{a}\right| = 2, \left|\mathbf{b}\right| = 3, \quad \mathbf{a} и b\mathbf{b} противоположно направлены

Задача 2.2

Вычислить выражение ∣a∣2−3(a,b)+5∣b∣2\left|\mathbf{a}\right|^{2} - \sqrt{3}(\mathbf{a}, \mathbf{b}) + 5\left|\mathbf{b}\right|^{2}, если:

?
(1)

∣a∣=2,∣b∣=1,∠(a,b)=30∘\left|\mathbf{a}\right| = 2, \left|\mathbf{b}\right| = 1, \angle (\mathbf{a}, \mathbf{b}) = 30^{\circ }

(2)

∣a∣=3,∣b∣=2,∠(a,b)=150∘\left|\mathbf{a}\right| = 3, \left|\mathbf{b}\right| = 2, \angle (\mathbf{a}, \mathbf{b}) = 150^{\circ }.

Задача 2.3

Найти скалярное произведение векторов a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, заданных своими координатами:

?
(1)

a(4,−1),b(−1,−7)\mathbf{a}(4, - 1), \mathbf{b}(- 1, - 7)

(2)

a(2,1),b(1,−3)\mathbf{a}(2, 1), \mathbf{b}(1, - 3)

(3)

a(1,2),b(−4,2)\mathbf{a}(1, 2), \mathbf{b}(- 4, 2).

Задача 2.4

Найти угол между векторами a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, заданными своими координатами:

?
(1)

a(1,2),b(2,4)\mathbf{a}(1, 2), \mathbf{b}(2, 4)

(2)

a(1,2),b(4,2)\mathbf{a}(1, 2), \mathbf{b}(4, 2)

(3)

a(1,2),b(−2,1)\mathbf{a}(1, 2), \mathbf{b}(- 2, 1)

(4)

a(1,−1),b(−4,2)\mathbf{a}(1, - 1), \mathbf{b}(- 4, 2)

(5)

a(2,−1),b(−4,2)\mathbf{a}(2, - 1), \mathbf{b}(- 4, 2).

Задача 2.5

Найти расстояние между точками AA и BB, заданными своими координатами:

?
(1)

A(−1,2),B(5,10)A(- 1, 2), B(5, 10)

(2)

A(3,−2),B(3,3)A(3, - 2), B(3, 3)

(3)

A(1,2),B(1,2)A(1, 2), B(1, 2).

Задача 2.6

Найти скалярное произведение векторов a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, заданных своими координатами:

?
(1)

a(3,2,−5),b(10,1,2)\mathbf{a}(3, 2, - 5), \mathbf{b}(10, 1, 2)

(2)

a(1,0,3),b(−4,15,1)\mathbf{a}(1, 0, 3), \mathbf{b}(- 4, 15, 1)

(3)

a(2,1,5),b(7,−9,−1)\mathbf{a}(2, 1, 5), \mathbf{b}(7, - 9, - 1).

Задача 2.7

Найти угол между векторами a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, заданными своими координатами:

?
(1)

a(1,−1,1),b(5,1,1)\mathbf{a}(1, - 1, 1), \mathbf{b}(5, 1, 1)

(2)

a(1,−1,1),b(−2,2,−2)\mathbf{a}(1, - 1, 1), \mathbf{b}(- 2, 2, - 2)

(3)

a(1,−1,1)\mathbf{a}(1, - 1, 1), b (3,−3,3)(3, - 3, 3)

(4)

a(1,−1,1),b(3,1,−2)\mathbf{a}(1, - 1, 1), \mathbf{b}(3, 1, - 2)

(5)

a(1,−1,1),b(4,4,−4)\mathbf{a}(1, - 1, 1), \mathbf{b}(4, 4, - 4).

Задача 2.8

Найти расстояние между точками AA и BB, заданными своими координатами:

?
(1)

A(4,−2,3),B(4,5,2)A(4, - 2, 3), B(4, 5, 2)

(2)

A(−3,1,−1),B(−1,1,−1)A(- 3, 1, - 1), B(- 1, 1, - 1)

(3)

A(3,−3,−7),B(1,−4,−5)A(3, - 3, - 7), B(1, - 4, - 5).

Задача 2.9

Даны три вектора: a(−1,2),b(5,1),c(4,−2)\mathbf{a}(- 1, 2), \mathbf{b}(5, 1), \mathbf{c}(4, - 2). Вычислить:

?
(1)

b(a,c)−c(a,b)\mathbf{b}(\mathbf{a}, \mathbf{c}) - \mathbf{c}(\mathbf{a}, \mathbf{b})

(2)

∣a∣2−(b,c)\left|\mathbf{a}\right|^{2} - (\mathbf{b}, \mathbf{c})

(3)

∣b∣2+(b,a+3c)\left|\mathbf{b}\right|^{2} + (\mathbf{b}, \mathbf{a} + 3\mathbf{c}).

Задача 2.10

Даны три вектора: a(1,−1,1),b(5,1,1),c(0,3,−2)\mathbf{a}(1, - 1, 1), \mathbf{b}(5, 1, 1), \mathbf{c}(0, 3, - 2). Вычислить:

?
(1)

b(a,c)−c(a,b)\mathbf{b}(\mathbf{a}, \mathbf{c}) - \mathbf{c}(\mathbf{a}, \mathbf{b})

(2)

∣a∣2+∣c∣2−(a,b)⋅(b,c)\left|\mathbf{a}\right|^{2} + \left|\mathbf{c}\right|^{2} - (\mathbf{a}, \mathbf{b}) \cdot (\mathbf{b}, \mathbf{c})

(3)

(a,c)⋅(a,b)−∣a∣2(b,c)(\mathbf{a}, \mathbf{c}) \cdot (\mathbf{a}, \mathbf{b}) - \left|\mathbf{a}\right|^{2}(\mathbf{b}, \mathbf{c}).

Задача 2.11

Доказать, что векторы a\mathbf{a} и b(a,c)−c(a,b)\mathbf{b}(\mathbf{a}, \mathbf{c}) - \mathbf{c}(\mathbf{a}, \mathbf{b}) взаимно перпендикулярны.

?
Задача 2.12

Верно ли, что для любых векторов a,b,c,d\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c}, \mathbf{d} выполняется соотношение (a,b)⋅(c,d)=(a,c)⋅(b,d)(\mathbf{a}, \mathbf{b}) \cdot (\mathbf{c}, \mathbf{d}) = (\mathbf{a}, \mathbf{c}) \cdot (\mathbf{b}, \mathbf{d})?

?
Задача 2.13

Даны три вектора a,b,c\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c} такие, что ∣a∣=∣b∣=∣c∣=1\left|\mathbf{a}\right| = \left|\mathbf{b}\right| = \left|\mathbf{c}\right| = 1, a+b+c=o\mathbf{a} + \mathbf{b} + \mathbf{c} = \mathbf{o}. Вычислить (a,b)+(b,c)+(c,a)(\mathbf{a}, \mathbf{b}) + (\mathbf{b}, \mathbf{c}) + (\mathbf{c}, \mathbf{a}).

?
Задача 2.14

В треугольнике ABCABC даны длины сторон. Найти скалярное произведение (AC→,BC→)(\overrightarrow {AC}, \overrightarrow {BC}), если:

?
(1)

∣AB∣=5,∣BC∣=3,∣AC∣=4\left|AB\right| = 5, \left|BC\right| = 3, \left|AC\right| = 4

(2)

∣AB∣=7,∣BC∣=4,∣AC∣=5\left|AB\right| = 7, \left|BC\right| = 4, \left|AC\right| = 5

(3)

∣AB∣=3,∣BC∣=2,∣AC∣=3\left|AB\right| = 3, \left|BC\right| = 2, \left|AC\right| = 3.

Задача 2.15

Дан треугольник ABCABC. Выразить через b=AB→\mathbf{b} = \overrightarrow {AB} и c=AC→\mathbf{c} = \overrightarrow {AC}

?
(1)

длину стороны BCBC

(2)

длину медианы AMAM

(3)

площадь треугольника.

Задача 2.16

В треугольнике ABCABC проведена высота AHAH. Найти координаты вектора AH→\overrightarrow {AH} в базисе, образованном векторами AB→\overrightarrow {AB} и AC→\overrightarrow {AC}.

?
Задача 2.17

Доказать, что для произвольного прямоугольника ABCDABCD и для произвольной точки MM (лежащей или не лежащей в плоскости прямоугольника) имеют место равенства:

?
(1)

(MA→,MC→)=(MB→,MD→)(\overrightarrow {MA}, \overrightarrow {MC}) = (\overrightarrow {MB}, \overrightarrow {MD})

(2)

∣MA→∣2+∣MC→∣2=∣MB→∣2+∣MD→∣2\left|\overrightarrow {MA}\right|^{2} + \left|\overrightarrow {MC}\right|^{2} = \left|\overrightarrow {MB}\right|^{2} + \left|\overrightarrow {MD}\right|^{2}.

Задача 2.18

В трапеции ABCDABCD отношение длин оснований ∣AD∣\left|AD\right|: :∣BC∣:\left|BC\right| равно 3. Выразить через b=AB→\mathbf{b} = \overrightarrow {AB} и c=AC→\mathbf{c} = \overrightarrow {AC}:

?
(1)

длины сторон и углы трапеции

(2)

длину отрезка SMSM, где SS — точка пересечения боковых сторон трапеции, MM — точка пересечения диагоналей.

Задача 2.19
[НЕТ УСЛОВИЯ]
Задача 2.20

Длины базисных векторов e1\mathbf{e}_{1} и e2\mathbf{e}_{2} общей декарховой системы координат на плоскости равны соответственно 4 и 2, а угол между базисными векторами равен 120∘120^{\circ }. Относительно этой системы координат заданы вершины треугольника A(−2,2),B(−2,−1),C(−1,0)A(- 2, 2), B(- 2, - 1), C(- 1, 0). Найти длины сторон и углы треугольника.

?
Задача 2.21

Длины базисных векторов e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3} равны соответственно 3,2,43, \sqrt{2}, 4, а углы между ними равны ∠(e1,e2)=∠(e2,e3)=45∘,∠(e1,e3)=60∘\angle \left(\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}\right) = \angle \left(\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}\right) = 45^{\circ }, \angle \left(\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{3}\right) = 60^{\circ }. Вычислить длины сторон и углы параллелограмма, построенного на векторах, имеющих в этом базисе координаты (1,−3,0)(1, - 3, 0) и (−1,2,1)(- 1, 2, 1).

?
Задача 2.22

Длины базисных векторов e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3} равны соответственно 1,1,21, 1, 2; углы между ними равны ∠(e1,e2)=90∘\angle \left(\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}\right) = 90^{\circ }, ∠(e1,e3)=∠(e2,e3)=60∘\angle \left(\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{3}\right) = \angle \left(\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}\right) = 60^{\circ }. Вычислить площадь параллелограмма, построенного на векторах a(−1,0,2)\mathbf{a}(- 1, 0, 2) и b(2,−1,1)\mathbf{b}(2, - 1, 1).

?
Задача 2.23

Из одной точки отложены три вектора a(0,−3,4)\mathbf{a}(0, - 3, 4), b(4,1,−8)\mathbf{b}(4, 1, - 8) и c\mathbf{c}. Вектор c\mathbf{c} имеет длину 1 и делит пополам угол между a\mathbf{a} и b. Вычислить координаты вектора c\mathbf{c}.

?
Задача 2.24
[НЕТ УСЛОВИЯ]
Задача 2.25

Найти сумму ортогональных проекций вектора a\mathbf{a} на стороны правильного треугольника.

?
Задача 2.26

Дан вектор a(1,1)\mathbf{a}(1, 1). Найти ортогональную проекцию вектора b\mathbf{b} на прямую, направление которой определяется вектором a\mathbf{a}, и ортогональную составляющую вектора b\mathbf{b} относительно этой прямой, если вектор b\mathbf{b} имеет координаты:

?
(1)

(1,−3)(1, - 3)

(2)

(1,−1)(1, - 1)

(3)

(3,3)(3, 3)

(4)

(−2,−2)(- 2, - 2).

Задача 2.27

Дан вектор a\mathbf{a} (1,−1,2)(1, - 1, 2). Найти ортогональную проекцию вектора b\mathbf{b} на прямую, направление которой определяется вектором a\mathbf{a}, и ортогональную составляющую вектора b\mathbf{b} относительно этой прямой, если вектор b\mathbf{b} имеет координаты:

?
(1)

(2,−2,4)(2, - 2, 4)

(2)

(1,1,2)(1, 1, 2)

(3)

(4,0,−2)(4, 0, - 2).

Задача 2.28

Даны два вектора a(3,−1)\mathbf{a}(3, - 1) и b(−1,1)\mathbf{b}(- 1, 1). Найти вектор x\mathbf{x}, удовлетворяющий системе уравнений (x,a)=13(\mathbf{x}, \mathbf{a}) = 13, (x,b)=−3(\mathbf{x}, \mathbf{b}) = - 3.

?
Задача 2.29

Даны векторы a(3,−3)\mathbf{a}(\sqrt{3}, - 3) и b(1,−1)\mathbf{b}(1, - 1). Найти все векторы x\mathbf{x}, образующие угол π/3\pi / 3 с вектором a\mathbf{a} и такие, что (b,x)=1(\mathbf{b}, \mathbf{x}) = 1.

?
Задача 2.30

Даны три вектора a(4,1,5),b(0,5,2)\mathbf{a}(4, 1, 5), \mathbf{b}(0, 5, 2) и c(−6,2,3)\mathbf{c}(- 6, 2, 3). Найти вектор x\mathbf{x}, удовлетворяющий системе уравнений (x,a)=18,(x,b)=1,(x,c)=1(\mathbf{x}, \mathbf{a}) = 18, (\mathbf{x}, \mathbf{b}) = 1, (\mathbf{x}, \mathbf{c}) = 1.

?
Задача 2.31

Даны ненулевой вектор a\mathbf{a} и скаляр pp. Выразить через a\mathbf{a} и pp какой — нибудь вектор x\mathbf{x}, удовлетворяющий уравнению (x,a)=p(\mathbf{x}, \mathbf{a}) = p.

?
Задача 2.32

Объяснить геометрический смысл всех решений векторного уравнения (x,a)=p(\mathbf{x}, \mathbf{a}) = p, а также его частного решения, коллинеарного вектору a\mathbf{a}:

?
(1)

на плоскости

(2)

в пространстве.

Задача 2.33

Объяснить геометрический смысл:

?
(1)

решения системы векторных уравнений (x,a)=p(\mathbf{x}, \mathbf{a}) = p, (x,b)=q(\mathbf{x}, \mathbf{b}) = q на плоскости (векторы a\mathbf{a} и b\mathbf{b} неколлинеарны)

(2)

решения системы векторных уравнений (x,a)=p(\mathbf{x}, \mathbf{a}) = p, (x,b)=q,(x,c)=s(\mathbf{x}, \mathbf{b}) = q, \quad (\mathbf{x}, \mathbf{c}) = s, в пространстве (векторы a,b,c\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c} некомпланарны).

Задача 2.34
[НЕТ УСЛОВИЯ]
Задача 2.35

Даны два вектора a(1,−1,1)\mathbf{a}(1, - 1, 1) и b(5,1,1)\mathbf{b}(5, 1, 1). Вектор c\mathbf{c} имеет длину 1, ортогонален вектору a\mathbf{a} и образует с вектором b\mathbf{b} угол arccos⁡(2/27)\arccos (\sqrt{2 / 27}). Вычислить координаты вектора c\mathbf{c}. Сколько решений имеет задача?

?
Задача 2.36

В равнобедренном треугольнике медианы, проведенные к боковым сторонам, взаимно перпендикулярны. Найти углы треугольника.

?
Задача 2.37

В параллелограмме ABCDABCD точки KK и LL — середины сторон BCBC и CDCD. Найти ∣AD∣\left|AD\right|, если ∣AK∣=6,∣AL∣=3\left|AK\right| = 6, \left|AL\right| = 3, а угол KAL=π/3KAL = \pi / 3.

?
Задача 2.38

Длины сторон треугольника связаны соотношением a2+b2=5c2a^{2} + b^{2} = 5c^{2}. Доказать, что две медианы треугольника перпендикулярны.

?
Задача 2.39

Длины соседних сторон параллелограмма относятся как m:nm: n, а угол между этими сторонами равен α\alpha. Найти угол между диагоналями параллелограмма.

?
Задача 2.40

В выпуклом четырехугольнике сумма квадратов двух противоположных сторон равна сумме квадратов двух других противоположных сторон. Найти угол между диагоналями четырехугольника.

?
Задача 2.41

В прямоугольной трапеции диагонали взаимно перпендикулярны, а отношение длин оснований равно m:n(m>nm: n(m > n). Найти:

?
(1)

отношение длин боковых сторон

(2)

отношение длин диагоналей

(3)

величину острого угла трапеции.

Задача 2.42

Доказать, что если в треугольнике равны длины двух медиан, длины двух высот или длины двух биссектрис, то этот треугольник равнобедренный.

?
Задача 2.43

Пусть MM — точка пересечения медиан треугольника ABCABC. Доказать, что ∣AM∣2+∣BM∣2+∣CM∣2=(∣AB∣2++∣BC∣2+∣AC∣2)/3\left|AM\right|^{2} + \left|BM\right|^{2} + \left|CM\right|^{2} = \left(\left|AB\right|^{2} + + \left|BC\right|^{2} + \left|AC\right|^{2}\right) / 3.

?
Задача 2.44

Длины ребер AA1,ABAA_{1}, AB и ADAD параллелепипеда ABCDA1B1C1D1ABCDA_{1} B_{1} C_{1} D_{1} равны соответственно a,b,ca, b, c. Величины углов между ними ∠BAD,∠A1AD\angle BAD, \angle A_{1} AD и ∠A1AB\angle A_{1} AB равны соответственно α,β,γ\alpha , \beta , \gamma. Найти длину диагонали AC1AC_{1}.

?
Задача 2.45

Дан произвольный тетраэдр ABCDABCD. Доказать: если перпендикулярны ребра ABAB и CDCD и ребра ACAC и BDBD, то ребра BCBC и ADAD также перпендикулярны.

?
Задача 2.46

Даны два отрезка ABAB и CDCD (вообще говоря, в пространстве). Доказать, что отрезки перпендикулярны, если ∣AC∣2+∣BD∣2=∣AD∣2+∣BC∣2\left|AC\right|^{2} + \left|BD\right|^{2} = \left|AD\right|^{2} + \left|BC\right|^{2}. Верно ли обратное утверждение?

?
Задача 2.47

В правильном тетраэдре ABCDABCD точки MM и PP — середины ребер ADAD и CDCD соответственно, точки NN и QQ — центры граней BCDBCD и ABCABC соответственно. Найти угол между прямыми MNMN и PQPQ.

?
Задача 2.48

Длина ребра куба ABCDA1B1C1D1ABCDA_{1} B_{1} C_{1} D_{1} равна aa. Точка PP — середина ребра CC1CC_{1}, точка QQ — центр грани AA1B1BAA_{1} B_{1} B. От — резок MNMN с концами на прямых ADAD и A1B1A_{1} B_{1} пересекает прямую PQPQ и перпендикулярен ей. Найти длину этого отрезка.

?
Задача 2.49

В правильном тетраэдре ABCDABCD точки EE и FF являются серединами ребер ADAD и BCBC соответственно. Ha ребре CDCD взята точка NN, на отрезке EFEF — точка MM так, что ∠MNC=45∘,∠NME=arccos⁡(2/3)\angle MNC = 45^{\circ }, \angle NME = \arccos (2 / 3). В каком отношении точки MM и NN делят отрезки EFEF и CDCD?

?
Задача 2.50

В правильной шестиугольной пирамиде SABCDEFSABCDEF (S — вершина) длина стороны основания равна 2. Вершины KK и MM ромба KLMFKLMF лежат на ребрах ABAB и SDSD соответственно, и ∣KM∣=3\left|KM\right| = 3, а отрезок KLKL пересекает ребро SBSB. Найти объем пирамиды.

?