Определение 1. Пусть и – ненулевые векторы на плоскости, тогда и называются коллинеарными, если их носители параллельны или совпадают.
Теорема1. Векторы и коллинеарные тогда и только тогда, когда существует такое , что .
Доказательство:
Необходимость. Пусть вектора и коллинеарные. Тогда по определению они лежат на одной или параллельных прямых. С помощью параллельного переноса совместим начала векторов и . Тогда , где
рис. 2.13 |
, если (сонаправлены), или , если ; (котранаправлены). (Рис. 2.13).
Достаточность. Пусть . Тогда по определению произведения вектора на числа получаем коллинеарность векторов и . ■
Определение 2. Базисом на плоскости будем называть всякую упорядоченную пару неколлинеарных векторов . Совокупность фиксированной точки плоскости и произвольного базиса на плоскости, приведенного к этой точке, называется аффинной системой координат (АСК) .
Теорема2. Пусть некоторая АСК на плоскости. Тогда любой вектор этой плоскости можно представить в виде , и при том единственным образом.
Доказательство:
Покажем существование разложения вектора . Совместим начало вектора с точкой .
Проведём через конец вектора прямые, параллельные и . Тогда – параллелограмм. Отсюда . Но векторы и коллинеарные, значит . Аналогично, векторы и коллинеарные, значит . Тогда .
Теперь докажем единственность разложения.
. Пусть существует два разложения по базису : и такие, что . Тогда или .
Если , то , что означает коллинеарность векторов и и противоречит условию.
Аналогично, если , то получим коллинеарность и , что противоречит условию. Таким образом, , . ■
Такое представление вектора называется разложением по базису , а числа и называются координатами в АСК . Вектор в этом случае можно записать так: .
Замечание. Если векторы базиса выбрать взаимно перпендикулярными и имеющими единичную длину, то такая АСК на плоскости носит названиедекартовой прямоугольной системой координат (ДПСК).Базисные вектора, входящие в ДПСК обозначают и (кратчайший поворот против часовой стрелки от к ).
На плоскости существуют и другие системы координат. Задавая на плоскости некоторую АСК, мы устанавливаем взаимно однозначное соответствие между точками плоскости и упорядоченными парами действительных чисел.