Очевидно, что при перемещении вектора его проекция не меняется

Вспомним школу. Рассмотрим прямоугольный треугольник. Косинусом острого угла называется отношение прилежащего катета к гипотенузе. В данном случае:

С другой стороны, у нас уже получена формула косинуса угла между векторами:

Таким образом:

Сокращаем знаменатели обеих частей на и получаем формулу для вычисления проекции:

Формула выведена, распишем её в координатах:

Если векторы плоскости и , заданы в ортонормированном базисе , то проекция вектора на вектор выражается формулой:
.

Если векторы пространства , заданы в ортонормированном базисе , то проекция вектора на вектор выражается формулой:

Пример 18

Найти проекцию вектора на вектор

Решение в одну строчку:

Ответ:

Проекция – это ДЛИНА, поэтому обязательно указываем размерность. Длина, конечно, своеобразная, в случае тупизны угла между векторами к ней добавляется знак «минус».

В задачах приходится находить не только проекцию вектора на вектор, но и проекцию отрезка на отрезок, отрезка на прямую и т.д. Но, так или иначе, в решении используются векторы!

Пример 19

Треугольник задан своими вершинами . Найти:
а) проекцию стороны на сторону ;
б) проекцию стороны на сторону .

Это задача для самостоятельного решения. Решение и ответ в конце урока.

Выясним геометрический смысл координат векторов в ортонормированном базисе:

Проекция вектора на координатные оси.
Направляющие косинусы вектора

Рассмотрим вектор плоскости , заданный своими координатами в ортонормированном базисе . Для удобства я отложу его от начала координат:

Проекцией вектора на координатную ось является в точности его первая координата: (красная черта). Обозначим через угол между вектором и координатным вектором : (красная дуга). Тогда:
(определение косинуса в прямоугольном треугольнике недавно упоминалось).

Аналогично со второй координатой: проекцией вектора на координатную ось является его вторая координата: (малиновая черта). Обозначим через угол между вектором и координатным вектором : (двойная малиновая дуга). Тогда:

Косинусы называются направляющими косинусами вектора. Причём, для любого ненулевого вектора справедливо равенство . Проверим его справедливость для рассматриваемого вектора:
, что и требовалось проверить.

Заметьте, что приведённые выше выкладки не изменятся, если вектор отложить от любой другой точки плоскости.

Итак, координаты вектора в ортонормированном базисе – это его проекции на направления соответствующих координатных векторов (координатные оси).

Направляющие косинусы ненулевого вектора , заданного в ортонормированном базисе , выражаются формулами , а сами координаты вектора можно выразить через его длину и данные косинусы: , то есть: .

Кроме того, вектор с координатами из соответствующих направляющих косинусов:

– коллинеарен исходному вектору «вэ»;

– его длина равна единице (так называемый единичный вектор).

С пространственными векторами, заданными в ортонормированном базисе , разборки точно такие же. Рассмотрим произвольный ненулевой вектор . Его координаты представляют собой проекции вектора на оси соответственно. Обозначим углы данного вектора с ортами через: . Тогда направляющие косинусы вектора выражаются формулами: , и справедливым является равенство .

В практических задачах чаще всего требуется найти направляющие косинусы вектора, заключительный пример урока:

Пример 20

Найти направляющие косинусы векторов:
а) , проверить, что ;
б) , проверить, что .

Простая задача для самостоятельного решения. Фактически, она состоит в том, чтобы найти длину векторов и составить эти самые направляющие косинусы. Однако не забывайте, что вместе с направляющими косинусами нам автоматически становятся известными единичные векторы, которые коллинеарны векторам «а» и «бэ». К слову, практическая задача на нахождения единичного вектора рассмотрена в Примере №5 урока Уравнение плоскости. Ну а здесь решение и ответ совсем близко.

После изучения данного урока, у вас уже весьма приличная подготовка по аналитической геометрии. Чтобы паззл сложился окончательно, читайте статьи Линейная (не) зависимость векторов. Базис векторов и Векторное и смешанное произведение векторов.

Любите векторы, и векторы полюбят вас!

Решения и ответы:

ример 2: Решение:

Ответ:

Пример 4: Решение:

Ответ:

Пример 6: Решение:

Ответ:

Пример 8: Решение: Используем формулу .
Найдём скалярное произведение:

Найдём длину вектора :

Найдём длину вектора :

Таким образом:

Ответ:

Пример 10: Решение:
а) Найдем векторы:

Вычислим скалярное произведение:
, значит, прямые не перпендикулярны.
б) Найдем векторы:

Вычислим скалярное произведение:
, значит, прямые перпендикулярны.
Ответ: а) прямые не перпендикулярны, б)

Пример 12: Решение: Составим и решим уравнение:

Ответ: при

Пример 14: Решение:

Ответ:

Пример 17: Решение: Найдем векторы

Вычислим косинус угла:

Угол:
Ответ:

Пример 19: Решение: Найдём векторы:


Ответ:

Пример 20: Решение:
а) Найдём длину вектора: .
Направляющие косинусы: .
Проверка: , что и требовалось проверить.
б) Найдём длину вектора: .
Направляющие косинусы: .
Проверка: , что и требовалось проверить.

Ответ: