Pistetulo eli skalaaritulo

Samankaltaiset tiedostot
Vektorialgebra 1/5 Sisältö ESITIEDOT: vektori

Vektorien pistetulo on aina reaaliluku. Esimerkiksi vektorien v = (3, 2, 0) ja w = (1, 2, 3) pistetulo on

Havainnollistuksia: Merkitään w = ( 4, 3) ja v = ( 3, 2). Tällöin. w w = ( 4) 2 + ( 3) 2 = 25 = 5. v = ( 3) = 13. v = v.

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Vastaavasti, jos vektori kerrotaan positiivisella reaaliluvulla λ, niin

Ristitulolle saadaan toinen muistisääntö determinantin avulla. Vektoreiden v ja w ristitulo saadaan laskemalla determinantti

Kertausta: avaruuden R n vektoreiden pistetulo

0, niin vektorit eivät ole kohtisuorassa toisiaan vastaan.

1 Sisätulo- ja normiavaruudet

802320A LINEAARIALGEBRA OSA II

Ortogonaalinen ja ortonormaali kanta

Determinantti 1 / 30

Kertausosa. 5. Merkitään sädettä kirjaimella r. Kaaren pituus on tällöin r a) sin = 0, , c) tan = 0,

Insinöörimatematiikka D

Lineaariavaruudet. Span. Sisätulo. Normi. Matriisinormit. Matriisinormit. aiheita. Aiheet. Reaalinen lineaariavaruus. Span. Sisätulo.

Vektorit, suorat ja tasot

VEKTORIT paikkavektori OA

Kertausta: avaruuden R n vektoreiden pistetulo

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

1.6. Yhteen- ja vähennyslaskukaavat

1.1 Vektorit. MS-A0007 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n. 1. Vektorit ja kompleksiluvut

1 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

Yhteenlaskun ja skalaarilla kertomisen ominaisuuksia

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I. LM1, Kesä /218

1. Olkoot vektorit a, b ja c seuraavasti määritelty: a) Määritä vektori. sekä laske sen pituus.

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

5 Ominaisarvot ja ominaisvektorit

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

1.1 Vektorit. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 1.1 Vektorit. 1.1 Vektorit. Reaalinen n-ulotteinen avaruus on joukko. x 1. R n.

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta II. LM2, Kesä /141

1. Normi ja sisätulo

Tekijä Pitkä matematiikka Poistetaan yhtälöparista muuttuja s ja ratkaistaan muuttuja r.

Suorat ja tasot, L6. Suuntajana. Suora xy-tasossa. Suora xyzkoordinaatistossa. Taso xyzkoordinaatistossa. Tason koordinaattimuotoinen yhtälö.

Kompleksiluvut., 15. kesäkuuta /57

A-osio. Tehdään ilman laskinta ja taulukkokirjaa! Valitse tehtävistä A1-A3 kaksi ja vastaa niihin. Maksimissaan tunti aikaa suorittaa A-osiota.

9. Vektorit. 9.1 Skalaarit ja vektorit. 9.2 Vektorit tasossa

GEOMETRIA MAA3 Geometrian perusobjekteja ja suureita

Vektoreiden A = (A1, A 2, A 3 ) ja B = (B1, B 2, B 3 ) pistetulo on. Edellisestä seuraa


Avaruuden kolme sellaista pistettä, jotka eivät sijaitse samalla suoralla, määräävät

3 Skalaari ja vektori

3.1 Lineaarikuvaukset. MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta. 3.1 Lineaarikuvaukset. 3.1 Lineaarikuvaukset

Hilbertin aksioomat ja tarvittavat määritelmät Tiivistelmä Geometria-luentomonisteesta Heikki Pitkänen

Vektorin paikalla avaruudessa ei ole merkitystä. Esimerkiksi yllä olevassa kuvassa kaikki kolme vektoria ovat samoja, ts.

Tekijä Pitkä matematiikka On osoitettava, että jana DE sivun AB kanssa yhdensuuntainen ja sen pituus on 4 5

Kannan vektorit siis virittävät aliavaruuden, ja lisäksi kanta on vapaa. Lauseesta 7.6 saadaan seuraava hyvin käyttökelpoinen tulos:

Päähakemisto Tehtävien ratkaisut -hakemisto. Vastaus: a) 90 b) 60 c) 216 d) 1260 e) 974,03 f) ,48

Lukion matematiikkakilpailun alkukilpailu 2015

Tekijä Pitkä matematiikka b) Kuvasta nähdään, että b = i 4 j. c) Käytetään a- ja b-kohtien tuloksia ja muokataan lauseketta.

y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

Hilbertin avaruudet, 5op Hilbert spaces, 5 cr

Piste ja jana koordinaatistossa

Juuri 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. b) B = (3, 0, 5) K2. 8 ( 1)

Suora. Määritelmä. Oletetaan, että n = 2 tai n = 3. Avaruuden R n suora on joukko. { p + t v t R},

Juuri 4 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. b) B = (3, 0, 5) K2. ( )

Ratkaisu: (i) Joukko A X on avoin jos kaikilla x A on olemassa r > 0 siten että B(x, r) A. Joukko B X on suljettu jos komplementti B c on avoin.

BM20A0700, Matematiikka KoTiB2

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

TASON YHTÄLÖT. Tason esitystapoja ovat: vektoriyhtälö, parametriesitys (2 parametria), normaalimuotoinen yhtälö ja koordinaattiyhtälö.

a b c d

sitä vastaava Cliffordin algebran kannan alkio. Merkitään I = e 1 e 2 e n

Suorista ja tasoista LaMa 1 syksyllä 2009

Selvästi. F (a) F (y) < r x d aina, kun a y < δ. Kolmioepäyhtälön nojalla x F (y) x F (a) + F (a) F (y) < d + r x d = r x

Tehtävä 1. Arvioi mitkä seuraavista väitteistä pitävät paikkansa. Vihje: voit aloittaa kokeilemalla sopivia lukuarvoja.

NELIÖJUURI. Neliöjuuren laskusääntöjä

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

LUKU 7. Perusmuodot Ensimmäinen perusmuoto. Funktiot E, F ja G ovat tilkun ϕ ensimmäisen perusmuodon kertoimet ja neliömuoto

LASKIN ON SALLITTU ELLEI TOISIN MAINITTU! TARKISTA TEHTÄVÄT KOKEEN JÄLKEEN JA ANNA PISTEESI RUUTUUN!

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

1 Lineaariavaruus eli Vektoriavaruus

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 3

3 Yhtälöryhmä ja pistetulo

Viikon aiheet. Funktion lineaarinen approksimointi

Matriisipotenssi. Koska matriisikertolasku on liitännäinen (sulkuja ei tarvita; ks. lause 2), voidaan asettaa seuraava määritelmä: ja A 0 = I n.

Ortogonaaliset matriisit, määritelmä 1

1 Kompleksiluvut 1. y z = (x, y) Kuva 1: Euklidinen taso R 2

Bijektio. Voidaan päätellä, että kuvaus on bijektio, jos ja vain jos maalin jokaiselle alkiolle kuvautuu tasan yksi lähdön alkio.

Talousmatematiikan perusteet: Luento 9

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

Maksimit ja minimit 1/5 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot, derivaatta

802320A LINEAARIALGEBRA OSA I

Ortogonaalisen kannan etsiminen

Avaruuden R n aliavaruus

Pituus- ja pinta-alayksiköt. m dm cm mm. km hm dam m. a) neljän pienen kohteen pituus millimetreiksi, senttimetreiksi ja desimetreiksi

Solmu 3/2001 Solmu 3/2001. Kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa oli seuraava tehtävä:

Tämän luvun tarkoituksena on antaa perustaidot kompleksiluvuilla laskemiseen sekä niiden geometriseen tulkintaan. { (a, b) a, b œ R }

Algebra I, harjoitus 5,

802320A LINEAARIALGEBRA OSA II/PART II

Täydellisyysaksiooman kertaus

Matemaattinen Analyysi, k2012, L1

VEKTOREILLA LASKEMINEN

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

Informaatiotieteiden yksikkö. Lineaarialgebra 1A. Pentti Haukkanen. Puhtaaksikirjoitus: Joona Hirvonen

Luento 8: Epälineaarinen optimointi

Transkriptio:

Pistetulo eli skalaaritulo VEKTORIT, MAA4 Pistetulo on kahden vektorin välinen tulo. Tarkastellaan ensin kahden vektorin välistä kulmaa. Vektorien a ja, kun a 0, välinen kulma on (kuva) kovera kun a vektorit alkavat samasta kohtaa ja pätee ei tämä α 0 α 180 Kulmaa merkitään α:lla tai a, tai yhtä hyvin, a. Samansuuntaisten vektorien kulma on siis 0 ja vastakkaissuuntaisten 180. Määritelmä, pistetulo: Pistetulo eli skalaaritulo on kahden nollasta eroavan vektorin a ja välinen tulo (pituuksien ja kulman kosinin välinen tulo), merkitään a ja luetaan a piste. Pistetulolle pätee 1. a = a cos a,, kun a, 0,. a = 0, kun a = 0 tai = 0. Huomautus a) Pistemerkintä aina näkyviin erotukseksi normaalista tulosta, jossa ei merkitä kertolaskupistettä (ellei haluta tuloa korostaa), siis normaali tulo pistetulo ta, t R ja a. ) Pistetulon arvo on toisen nimensä mukaisesti skalaari eli lukuarvo ei vektori! (On olemassa vektoritulo a, a risti, jonka tuloksena on vektori. Fysiikassa tulee vastaan. Tavoite, että ehditään). c) Käytetään myös nimitystä sisätulo. Esimerkki Olkoon a = 3i + 3j ja = 4i, jolloin a = 3 ja = 4. Kuvasta / laskun avulla nähdään, että y α = a, = 45 ja laskin antaa a cos α = 1. Näin ollen a = a cos a, = 3 4 1 = 1. α x 1

Pistetulon merkki riippuu kulmasta α kosinin merkkisäännön mukaan a > 0, kun kulma α < 90 a = 0, kun kulma α = 90 a < 0, kun kulma α > 90 (mutta < 180 ) Huomioitavaa on, että pistetulo on nolla, kun vektorit ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan. Tämä tulos kääntyy, nimittäin jos 0-vektorista poikkeavien vektoreiden pistetulo on nolla, niin silloin välttämättä vektorit ovat kohtisuorassa. (0-vektori on kaikkien vektorin kanssa.) Lause, vektorien kohtisuoruusehto: a a = 0, a, 0 Tätä tulosta hyödynnetään useasti jatkossa. Vektorien skalaaritulo noudattaa joitakin samoja laskulakeja kuin reaalilukujen tulo. Lause, skalaaritulon laskulakeja: Skalaaritulolle pätee 1. Vaihdannaisuuslaki a = a,. Osittelulaki a + c = a + a c ja 3. Skalaaritekijäin siirtosääntö ra = a r = r a Todistus Myöhemmin. Huomaa, ettei liitännäisyys- eli assosiatiivisuus-lakia voida käyttää niin kuin normaalille tulolle! Sitä ei ole edes määritelty. Siis 4 5 3 = 4 5 3 = 4 5 3 = 60, normaali tulo. Mutta jos a = 3i + 3j, = 4i ja c = i + j, niin a c = a 8 TAI a c = 1 c, pistetulo. Lause, vektorien kohtisuoruusehto: a a = 0, a, 0

Tarkastellaan esimerkin omaisesti annetun vektorin a pistetuloa itsensä kanssa: määr. = 1 a a = a a cos 0 = a Näin ollen a = a a a = a a. Siis, vektorin pituus saadaan myös sisätulon kautta! Esimerkki Laske vektorin 3a pituus, kun a =, = 4 ja a, = 10. Koska a = ja = 4, on a = 4 ja = 16. Lisäksi a = 4 cos 10 = 4, joten 3a = 9 a 1 a + 4 = 9 a 1 4 + 4 = 9 4 + 48 + 4 16 = 148. Siis, 3a = 148 = 37 1,16. Lause, vektorin pituus: Vektorin pituuden neliö on yhtä suuri kuin vektorin skalaaritulo itsensä kanssa a = a a. Skalaaritulo lasketaan/määritetään yleensä toisella tapaa kuin määritelmä kautta. Syy: määritelmässä tarvitaan kulman mittaamista, mikä saattaa aiheuttaa virhettä. A Tarkastellaan vektoreiden CA = ja CB = a c = a määräämää kolmiota ABC, jossa on siis γ BA = c = a ja ABC = γ (kuva). C a B Olkoon a = a x i + a y j ja = x i + y j. Tällöin Nyt kosinilauseen nojalla c = a = x a x i + y a y j. c = a + a = a cos γ a = a cos γ = 1/ a + c 3

= 1 a x + a y + x + y x a x + y a y x x a x + a x y y a y + a y = 1 xa x + y a y = a x x + a y y Tulos pätee myös, kun γ = 0 tai γ = 180, jolloin kolmio surkastuu janaksi. On saatu käyttökelpoinen tulos: Lause, skalaaritulo kannassa i, j : Jos a = a x i + a y j ja = x i + y j, niin Esimerkki a = a x x + a y y. Olkoot a = 5i 3j ja = 7i + 4j. Tallöin a = 5i 3j 7i + 4j = 5 7 + 3 4 = 47. Edellä käyty on toki totta, mutta toisaalta sama tulos olisi saatu hieman nopeammin. Nimittäin Esimerkki Olkoot a = 3i + j ja = i + 7j. Tallöin pistetulon laskulakien nojalla a = osittelulaki ja skalaaritekijäin siirtosääntö 3i + j i + 7j = 6 i i + 1 i j 6 j i + 14 j j Nyt i j = 0, samoin j i = 0 koska i j. Lisäksi i i = i = 1 kuten myös j j = j = 1. Näin ollen a = 6 1 + 14 1 = 8. Huomautus 1) Lauseen tulos osoittaa, että koordinaattimuodossa ilmoitettujen (kannan i, j suhteen) vektoreiden pistetulo saadaan kertomalla ensin i- ja j-koordinaatit keskenään ja sitten summataan. ) Jos käyttää muuta kantaa, niin pitää varmistua, että kantavektorien pituus on yksi ja ne ovat kohtisuorassa muuten pistetulo ei toimi. Esimerkki löytynee Pedasta. Kun nyt pistetulo voidaan laskea tarkasti ja ennen kaikkea oikein koordinaateista lähtien, niin huomaa, että vektoreiden välinen kulma saadaan tarkasti määriteltyä. 4

Esimerkki Laske vektoreiden a = i 3j ja = 4i + j välisen kulman suuruus. Tiedetään, että a = a cos α, joten a a cos α = a. α Sijoitetaan arvot 4 + 3 cos α = + 3 4 + = 13 0 = 60 = 0,14 α = 8,874 83. EKSTRA Tätä ei kysytä kokeessa! Koska 1 cos α 1 aina (9.-kurssi), niin pätee a a a. Mutta tämä on samaa kuin, (muista x a a x a, a R) a a Kyseessä on Cauchy-Bunjakovski-Schwarzin epäyhtälö! Itseisarvot ovat vain jotain reaalilukuja Esimerkki Määritä vektoria r = 3i + 5j vastaan kohtisuora yksikkövektori. Etsitään ensin kohtisuora vektori s = s x i + s y j ja normeerataan se sitten yksikön mittaiseksi. Pistetulon nojalla 0 = r s = 3i + 5j s x i + s y j = 3s x + 5s y. Idea on saada termeistä 3s x ja 5s y vastaluvut, jotta summa olisi 0: s x = 5 s y = 3 s = 5i + 3j. Lopuksi normeeraus: s = 5i + 3j s = s 5i + 3j = s 5 + 3 = 5 34 i + 3 34 j. Huom Yhtä hyvin olisi voitu valita s x = 5 s y = 3, jolloin olisi saatu s = 5 34 i 3 34 j. 5