Вектор

Из Википедије, слободне енциклопедије
Disambig.svg
Уколико сте тражили преносиоце болести, погледајте чланак Вектор (инфекције).
Disambig.svg
Уколико сте тражили формално математички гледано, исправан начин за дефинисање вектора, погледајте чланак Векторски простор.

Вектор је појам из математике, области линеарна алгебра, који је уведен првенствено да би се разликовале величине које се појављују у природи, а имају правац и смер, те се као такве разликују од величина које имају само интензитет и зову се скалари.

Векторске величине су величине одређене са два или више параметара. Најпознатији су примери везани за геометрију у простору где се вектор одређује правцем, смером и интезитетом а представља стрелицом оријентисаном дуж правца, дужине пропорционалне интензитету, а чији врх показује смер на задатом правцу. Генерализовани вектор не мора бити ограничен на три димензије. Вектор у n-димензионалном простору описује се са n параметара.

Физичко тумачење вектора обично се своди на тродимензионални простор. Тако су векторске величине брзина, сила, убрзање, импулс, момент импулса... Скаларне су маса, температура, запремина...

Физичке величине чија векторска вредност зависи и од координате називају се тензорске. Оне се математички представљају матрицом, у најпростијем случају 3×3. Тензорским величинама се описују векторске величине у анизотропној средини рецимо код некубичних кристала. Тензорске величине су топлотна проводљивост, електрична проводљивост, дифузиони коефицијент, индекс преламања итд ...

Дефиниција[уреди]

Вектор може бити дефинисан уређеним паром тачака. Рецимо да су то A и B из Rn. Тада је:

\overrightarrow{AB} = \left (B_1 - A_1, B_2 - A_2, \dots, B_n - A_n \right ), а
\overrightarrow{BA} = \left (A_1 - B_1, A_2 - B_2, \dots, A_n - B_n \right )

Вектор се може представити и са полазном тачком, јединичним вектором који одређује његов смер и интензитетом:

\overrightarrow{AB} = A + ||AB|| \cdot \frac{\overrightarrow{AB}}{||\overrightarrow{AB}||}

Ако овде ||AB|| заменимо са λ које може бити било који број из R дефинисали смо праву која пролази кроз тачку A а за вектор правца има вектор AB. Уколико је λ само не-негативно или само не-позитивно, дефинисана је полуправа, са почетком у тачки A.

Уколико је λ неки број различит од ||AB||, резултат је вектор који је са претходним колинеаран. Ако је нови вектор AB' ово значи да важи:

\overrightarrow{AB} \times \overrightarrow{AB'} = \overrightarrow{0}

Нула-вектор[уреди]

Нула-вектор a0 је вектор чији је интензитет једнак нули. Обележава се као нула са назнаком за вектор.

\overrightarrow{a_0} = \overrightarrow{0}, \;|\overrightarrow{a_0}| = 0

Јединични вектор[уреди]

Јединични вектор (орт) је вектор чији је интензитет једнак јединици. За сваки не-нула вектор a се може одредити одговарајући јединични вектор v истог правца и смера.

\overrightarrow{v} = \frac{\overrightarrow{a}}{|\overrightarrow{a}|}, \; \overrightarrow{a} \neq \overrightarrow{0}

Овај поступак се зове нормирање вектора.

Операције над векторима[уреди]

Над векторима, као и свим осталим елеметима аналитичке математике, се могу увести аритметичке операције. При томе се вектор представља као уређена н-торка скалара који припадају неком пољу K. На пример:

a = (a_1,a_2,a_3,...,a_n), \; a_i \in K, i = 1, ... ,n

Је један n-димензионални вектор над пољем K. Појам n-димензионални долази од чињенице да је вектор дефинисан помоћу n скалара. Простор ових вектора се још назива Kn, а скалари који чине вектор заједно са информацијом о њиховој позицији у уређеној n-торки координате вектора. На пример a1 је прва координата вектора, a2 је друга координата вектора итд.

Следе основне операције над векторима, које се у принципу дефинишу над векторима истих димензија.

Интензитет вектора[уреди]

Интензитет вектора се у еуклидовој геометрији дефинише као квадратни корен збира квадрата његових координата.

\overrightarrow{a} = (a_1,a_2,...,a_n) \in K^n
|a| = \sqrt{{\sum_{k=1}^n {a_i}^2}} = \sqrt{a_1^2 + a_2^2 + ... + a_n^2}

Множење вектора скаларом[уреди]

Множење вектора \overrightarrow{a} \in K^n неким скаларом \alpha \in K је дефинисано као множење сваке координате ток вектора тим скаларом. Ова операција је комутативна.

\alpha \cdot \overrightarrow{a} = \alpha \cdot (a_1,a_2,a_3,...,a_n) = :(\alpha \cdot a_1,\alpha \cdot a_2,...,\alpha \cdot a_n).

Сабирање вектора[уреди]

Сабирање вектора
Одузимање вектора

Узмимо два вектора a, b \in K^n\,:

\overrightarrow{a} = (a_1,...,a_n)
\overrightarrow{b} = (b_1, ... ,b_n)

Њихово сабирање се дефинише као сабирање компоненти са истим индексима.

+: (K^n,K^n) \rightarrow K^n\,
\overrightarrow{c} = \overrightarrow{a}+\overrightarrow{b},
c_i = a_i + b_i\,, где је i=1,...,n\,

При чему ће вектор c бити из простора K^n\,. Одузимање вектора би се вршило по сличном принципу:

\overrightarrow{c} = \overrightarrow{a} + (-\overrightarrow{b})

При чему -\overrightarrow{b} = (-b_1,-b_2,...,-b_n).

Скаларно множење вектора[уреди]

Слично сабирању, скаларно множење вектора се дефинише као збир производа свих парова координата два вектора, које имају исте индексе. Овај збир и производ се преузимају из поља K. Разлика у односу на сабирање је то што је резултат скаларног производа два вектора из Kn у ствари један скалар из K. Конкретно за два вектора a и b из Kn би производ k изгледао овако:

\cdot : (K^n,K^n) \rightarrow K
k = \overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} , k \in K
k = \sum_{k=1}^n {a_i \cdot b_i}, где је i=1, \, \ldots \, ,n

Овде треба приметити да је скаларни производ вектора такође једнак

k = \overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} = |\vec{a}|\cdot|\vec{b}| \cdot \cos \omega ,

при чему је ω угао између a и b.

Ово заправо значи и:

\overrightarrow{a} \cdot \overrightarrow{b} = 0 \Rightarrow \overrightarrow{a} \bot \overrightarrow{b}

То јест да су два вектора нормални, ако им је скаларни производ једнак нули.

Векторски производ[уреди]

Још један тип производа карактерестичан за тродимензионалне еуклидске просторе (E3) је векторски производ. Дефинише се на следећи начин:

\times : (E^3,E^3) \rightarrow E^3\,

\overrightarrow{a}, \overrightarrow{b} \in E^3
\overrightarrow{a} \times \overrightarrow{b} = \begin{vmatrix} \overrightarrow{i} & \overrightarrow{j} & \overrightarrow{k} \\ a_1 & a_2 & a_3 \\ b_1 & b_2 & b_3 \end{vmatrix} =
\overrightarrow{i} (a_2 b_3-a_3 b_2) - \overrightarrow{j} (a_1 b_3-a_3 b_1) + \overrightarrow{k} (a_1 b_2 - a_2 b_1)= \begin{pmatrix} a_2 b_3-a_3 b_2 \\ a_3 b_1 - a_1 b_3 \\ a_1 b_2 - a_2 b_1 \end{pmatrix}

Јер су \overrightarrow{i}=(1,0,0), \overrightarrow{j}=(0,1,0) и :\overrightarrow{k}=(0,0,1) вектори канонске базе E3.

Код векторског производа је битно приметити следеће особине:

\overrightarrow{a} \times \overrightarrow{b} \bot \overrightarrow{a}, \overrightarrow{b}, тј. векторски производ два вектора је нормалан на њих саме.
|\overrightarrow{a} \times \overrightarrow{b}| = |\vec{a}||\vec{b}|\sin \omega, где је :\omega угао између ова два вектора. Ово заправо значи да је интензитет векторског производа два вектора једнак површини паралелограма кога чине ови вектори.
\overrightarrow{a} \times \overrightarrow{b} =  - (\overrightarrow{b} \times \overrightarrow{a}), тј. векторски производ није комутативан.
(\alpha \cdot \overrightarrow{a}) \times \overrightarrow{b} = \alpha (\overrightarrow{a} \times \overrightarrow{b}), где је \alpha \in E. Тј. векторски производ се лепо понаша према множењу скаларом слева.

Мешовити производ[уреди]

Мешовити производ вектора је тринарна математичка операција која уређену тројку вектора из E3 пресликава у скалар из E. Записује се са

[\overrightarrow{a},\overrightarrow{b},\overrightarrow{c}]

А по дефиницији је:

[\overrightarrow{a},\overrightarrow{b},\overrightarrow{c}] = (\overrightarrow{a} \times \overrightarrow{b}) \cdot \overrightarrow{c} = \begin{vmatrix} a_1 & a_2 & a_3 \\ b_1 & b_2 & b_3 \\ c_1 & c_2 & c_3 \end{vmatrix},  :\overrightarrow{a},\overrightarrow{b},\overrightarrow{c} \in E^3

Што значи да је вредност мешовитог производа три вектора једнака запремини паралелопипеда конструисаног над њима. Следе нека основна својства мешовитог производа:

  • [\vec{a},\vec{b},\vec{c}] = [\vec{b},\vec{c}, \vec{a}] = [\vec{c}, \vec{a}, \vec{b}]
  • [\vec{a},\vec{b},\vec{c}] = -[\vec{b}, \vec{a}, \vec{c}] = -[\vec{a}, \vec{c}, \vec{b}] = -[\vec{c}, \vec{b}, \vec{a}]
  • [\alpha \vec{a}, \vec{b}, \vec{z}] = \alpha [\vec{a}, \vec{b}, \vec{c}]
  • [\vec{a_1}+\vec{a_2},\vec{b},\vec{c}] = [\vec{a_1}, \vec{b}, \vec{c}] + [\vec{a_2},\vec{b},\vec{c}]

Види још[уреди]

Литература[уреди]

  • Јован Д. Кечкић. Математика са збирком задатака за III разред средње школе. Завод за уџбенике. Београд. 2008.

Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Вектор