Partea I Algebra - Curs Universitatea Maritima Constanta

download Partea I Algebra - Curs Universitatea Maritima Constanta

of 24

description

Algebra Matematica Curs Universitatea Maritima din Constanta

Transcript of Partea I Algebra - Curs Universitatea Maritima Constanta

  • 3

    CAPITOLUL I

    SPAII VECTORIALE

    I.1.1. Spaii vectoriale

    Definiia 1. Mulimea V se numete spaiu vectorial (liniar) peste

    cmpul (corpul comutativ) K fa de adunarea i nmulirea cu scalari

    definite pe V dac sunt verificate proprietile:

    a) fa de adunare V formeaz grup abelian :

    a1) Vzy,x,zyxzyx ( ),)()( ,

    a2) VxxxV ( 0 0 VV ),: ,

    a3) VxxVxVx 0)(:)(,)( ,

    a4) Vyx,xyyx ( ), ;

    b) fa de nmulirea cu scalari sunt ndeplinite axiomele:

    bb1) Vyxyxyx ,,)( )( K,)( ,

    b2) Vxxxx )( K ( ,,),)( ,

    b3) Vxxx )( K )( ,,,)()( ,

    b4) K1 )( ,,1 Vxxx .

    Denumiri. Elementele spaiului vectorial V se numesc vectori.

    Elementul neutru n raport cu adunarea se numete vectorul nul,

    VV0 . Un spaiu vectorial peste R (C) se numete spaiul vectorial

    real (complex).

    Notaie. K/V - spaiu vectorial peste cmpul K.

  • 4

    I.1.2. Subspaiu vectorial

    Definiia 2. Fie K/V un spaiu vectorial i 11 ,VVV . 1V

    se numete subspaiu vectorial al lui V dac 1V este spaiu vectorial

    fa de adunarea i nmulirea cu scalari induse n 1V de operaiile

    respective din V.

    Teorema 1. O submulime nevid 1V a unui spaiu vectorial V

    peste K este subspaiu vectorial al lui V dac i numai dac sunt

    ndeplinite condiiile:

    1) 11 , , VvuVvu ,

    2) 11, VuVu K, .

    Observaia 1. Condiiile 1) i 2) sunt echivalente cu condiia

    3) 11,,, VvuVvu K, .

    Definiia 3. Fie V un spaiu vectorial peste cmpul K i S o

    submulime nevid a lui V. Se numete combinaie liniar finit de

    elemente din S o expresie de forma:

    nnvvv ....2211

    unde ,Svi nii ,1, K .

    Cum VS iar V este un spaiu vectorial

    Vvvv nn ....2211 .

    Definiia 4. Se numete subspaiu generat de S (acoperirea

    liniar a lui S) mulimea tuturor combinaiilor liniare finite de elemente

    din S, niSvvvvSL iinn ,1,,/....)( 2211 K .

  • 5

    I.1.3. Dependen i independen liniar

    Definiia 5. Mulimea SVS , se numete liniar

    dependent dac exist o mulime finit de elemente distincte din S,

    Svvv n ,....,, 21 i scalarii Kn ,..,, 21 , nu toi nuli, astfel nct

    0....2211 nnvvv .

    Mulimea S se numete liniar independent dac nu este liniar

    dependent, adic, pentru orice niSvi ,1 , ,

    0....2211 nnvvv , Ki , nedeterminai, implic

    0,..,0,0 21 n .

    I.1.4. Baza i dimensiunea unui spaiu vectorial

    Definiia 6. O mulime B de vectori din spaiul vectorial V se

    numete baz a lui V dac B este liniar independent i genereaz

    spaiul V, )(BLV .

    Denumire. V este finit dimensional dac admite o baz finit sau

    dac V={0} ; n caz contrar, se spune c V este infinit dimensional.

    Definiia 7. Se numete dimensiune a unui spaiu vectorial finit

    dimensional V i se noteaz cu dim V numrul

    {0}. adac 0,

    vectori,din aformat abaz o are adac ,dim

    V

    nVnV

    Notaie. V de dimensiune finit n se noteaz cu nV .

    Definiia 8. Subspaiul S este suma direct a subspaiilor U i V

    ale spaiului V dac

    VUVUS ,

    i se noteaz VUS . U i V se numesc n acest caz spaii

    complementare.

  • 6

    I.1.5. Schimbarea bazei. Schimbarea coordonatelor.

    Fie o baz neeeB ,....,, 21 a spaiului n-dimensional nV .

    nixexexexvVv innn ,1,,...., 2211 K . (1.1)

    Denumire. Numerele nxxx ,....,, 21 se numesc coordonatele

    vectorului v n baza B iar relaia (1.1) se numete relaia de

    descompunere a vectorului v n baza B.

    Teorema 2. ntr-o baz dat, coordonatele unui vector sunt unic

    determinate.

    a) Schimbarea bazei. Fie K/V un spaiu vectorial. Considerm

    neeeB ,....,, 21 i neeeB ,....,, 21 dou baze ale lui nV , unde

    njeaeaeae nnjjjj ,1 ,....2211 . (1.2)

    Matricea A format cu coordonatele vectorilor je (aezate pe

    coloane) n baza B se numete matricea de trecere de la baza B la baza

    B . n acest caz relaiile (1.2) se numesc formulele de trecere de la

    baza ie la baza je a lui nV ( formulele schimbrii bazei).

    b) Schimbarea coordonatelor.

    Fie Vx . Cum n baza ie avem

    n

    j

    jjexx1

    , iar n baza

    ie ,

    n

    i

    iiexx1

    , rezult n baza unicitii coordonatelor

    njxaxn

    i

    ijij ,1,1

    . (1.3)

  • 7

    Sub form matricial, relaiile (1.3) se scriu XAX , unde

    nx

    x

    x

    X

    2

    1

    ,

    nx

    x

    x

    X

    2

    1

    , ijaA cu A matricea de trecere de la B

    la B .

  • 8

    CAPITOLUL II

    SPAII EUCLIDIENE

    II.1.1. Produs scalar. Spaiu vectorial euclidian

    Definiia 1. Fie V un spaiu vectorial complex. O aplicaie

    , definit pe VV i cu valori n C care are proprietile:

    1) Vyxxyyx ,,,, ,

    2) Vzyxzxyxzyx ,,,,,, ,

    3) Vyx yxyx ,,,,, C ,

    4) ,00,;0, xxxxx

    se numete produs scalar pe V.

    Definiia 2. Fie V un spaiu vectorial real. O aplicaie

    R VV:, care are proprietile:

    1) Vyxxyyx ,,,, ,

    2) Vzyxzxyxzyx ,,;,,,,, R ,

    3) 00,;0, xxxxx ,

    se numete produs scalar pe spaiul real V.

    Definiia 3. Un spaiu vectorial (real sau complex) pe care s-a

    definit un produs scalar se numete spaiu vectorial euclidian (real sau

    complex).

    Definiia 4. Se numete norm pe un spaiu vectorial real sau

    complex V o funcie R V: care ndeplinete axiomele:

  • 9

    1) ;)(,0 Vxx 0x ,0 x

    2) R , )(xx (sau C), Vx )( ,

    3) yxyx , Vyx ,)( .

    Norma definit de relaia xxx , se numete norm euclidian.

    Definiia 5. Vectorul e cu proprietatea 1e se numete versor

    sau vector unitate. Versorul asociat unui vector nenul x este xx

    e 1

    .

    Definiia 6. Fie V un spaiu euclidian real i 0, Vyx . Numrul ,0 definete egalitatea:

    yx

    yx

    ,cos

    se numete unghiul neorientat al vectorilor x i y.

    II.1.2. Mulime ortogonal. Baz ortonormat

    Definiia 7. Fie V un spaiu vectorial euclidian. Doi vectori din V

    se numesc ortogonali dac produsul lor scalar este nul. O mulime

    nevid VS se numete ortogonal dac oricare doi vectori din S

    sunt ortogonali: .,,,0, vuSvuvu O mulime se numete ortonormat dac este ortogonal i

    fiecare element al su are norma egal cu 1.

    Definiia 8. Fie spaiu liniar euclidian V i vectorii

    0,, vVvu . Vectorul vvv

    vu

    ,

    , se numete proiecia vectorului u pe

  • 10

    v iar numrul vv

    vu

    ,

    , se numete mrimea algebric a proieciei lui u pe

    v.

    II.1.3. Construirea unei baze ortonormate a spaiului nV pornind de

    la o baz dat a acestuia

    a) Construirea unei baze ortogonale (procedeul Gram-Schmidt)

    Considerm o baz nvvvB ,....,, 211 a spaiului euclidian nV . Se determin o baz nwww ,....,, 21 ortogonal dup procedeul Gram-

    Schmidt:

    .,

    ,

    ,

    ,

    ,,

    ,

    ,

    ,

    ,,

    ,

    ,

    1

    11

    1

    1

    11

    1

    2

    22

    23

    1

    11

    13

    33

    1

    11

    12

    22

    11

    n

    nn

    nnn

    nn www

    wvw

    ww

    wvvw

    www

    wvw

    ww

    wvvw

    www

    wvvw

    vw

    nwwwB ,....,, 212 este o baz ortogonal n nV .

    b) Construirea unei baze ortonormate

    Mulimea nuuuB ,....,, 213 , format din versorii

    niw

    wu

    i

    i

    i ,1, este o baz ortonormat a lui nV .

  • 11

    CAPITOLUL III

    TRANSFORMRI LINIARE. VALORI I VECTORI PROPRII

    III.1.1. Transformri liniare. Definiie. Proprieti

    Fie V i W spaii vectoriale pesnte cmpul K.

    Definiia 1. Se numete transformare liniar de spaii vectoriale o

    funcie WVf : cu proprietile:

    Vyxyfxfyxf ,)(,)()()( , (3.1)

    Vxxfxf K )(,)(,)()( , (3.2)

    Teorema 1. O aplicaie WVf : este o transformare liniar

    dac i numai dac

    Vyxyfxfyxf ,)(,,)(,)()()( K (3.3)

    Definiia 2. Se numete nucleu al transformrii liniare

    WVf : mulimea

    WufVuf 0)()0(1 / (3.4) Notaie: Kerf .

    Definiia 3. Se numete imagine a transformrii liniare

    WVf : mulimea valorilor lui f,

    vufVuWvfVf )(:)(Im)( / (3.5)

    Teorema 2. Dac neee ,...,, 21 este o baz n nV i

    nwww ,...,, 21 este o baz a lui mW atunci exist o matrice i numai

  • 12

    una ][ ijaA de tipul nm astfel nct

    m

    i

    iijj waef1

    )( . Mai mult,

    dac

    n

    j

    jjexx1

    are imaginea

    m

    i

    ii wyxf1

    )( atunci

    nixayn

    j

    jiji ,1,1

    (3.6)

    Notnd

    nx

    x

    X 1

    ,

    ny

    y

    Y 1

    se obine scrierea matriceal

    XAY . (3.7)

    A se numete matricea transformrii liniare.

    III.1.2. Valori i vectori proprii

    Definiia 4. Un scalar K se numete valoare proprie a

    endomorfismului f dac exist un vector nenul Vx astfel nct

    xxf )( (3.8)

    Orice vector nenul x care verific aceast relaie se numete vector

    propriu al transformrii f , corespunztor valorii proprii .

    Mulimea valorilor proprii ale endomorfismului f se numete spectrul lui f.

    Teorema 3. Valorile proprii ale endomorfismului f sunt soluiile

    ecuaiei caracteristice 0)det( IA iar vectorii proprii sunt soluiile

    nenule ale sistemului XAX , unde A este matricea transformrii

    liniare f ntr-o baz din nV .

    III.1.3. Forma diagonal

    Definiia 5. Un endomorfism nn VVf : se numete

    diagonalizabil dac exist o baz nvvv ,...,, 21 astfel nct matricea lui f

    n aceast baz s fie diagonal.

  • 13

    Pentru diagonalizarea unui endomorfism se procedeaz astfel:

    1) se fixeaz o baz n nV i se determin matricea ][ ijaA a lui f n

    aceast baz;

    2) se rezolv ecuaia caracteristic a lui f, 0)det( IA : dac toate

    soluiile ei sunt din K, atunci toate sunt valori proprii ale lui f;

    3) dac exist p valori proprii distincte i de ordine de multiplicitate

    pimi ,1, , unde

    p

    i

    i nm1

    , se determin subspaiul propriu i

    S

    corespunztor fiecrei valori proprii i , rezolvnd ecuaia

    piXAX i ,1, . Se pune n eviden cte o baz n fiecare

    subspaiu propriu i

    S . Dac pimS ii ,1,dim , atunci f este

    diagonalizabil.

    4) Formm o baz a lui nV ,

    p

    i

    ipmmmmmm nmeeeeeeeB p1

    1...21 ,,...,;....;,..,;,...;, 1121111 ,

    astfel c primii 1m vectori sunt baz n 1S , urmtorii 2m sunt baz n

    2S .a.m.d. Matricea format cu coordonatele vectorilor proprii din

    baza B (aezate pe coloan) o notm cu C; ea este matricea schimbrii

    de baz (baza iniial trece n B).

    5) Matricea lui f relativ la baza B (format din vectorii proprii) este o

    matrice diagonal D de forma

  • 14

    p

    p

    p

    D

    ...00...0...000...00

    .......................................

    0...0...0...000...00

    0...0...0...000...00

    0...00......000...00

    .......................................

    0...00...0...00...00

    0...00...0...00...00

    0...00...0...00...00

    .......................................

    0...00...0...000...0

    0...00...0...000...0

    2

    2

    2

    1

    1

    1

    (3.10)

    6) Se verific corectitudinea calculului, folosind relaia:

    CACD 1 (3.11)

    III.1.4. Foma Jordan

    Definiia 6. Fie K . Matricele ptratice de tipul

    000

    100

    010

    001

    ;

    00

    10

    01

    ; etc. (3.12)

    se numesc celule Jordan de ordinul respectiv 1,2,3,4 etc, ataate

    scalarului .

  • 15

    Definiia 7. Spunem c endomorfismul nn VVf : este adus la

    forma Jordan dac exist o baz n nV fa de care matricea

    sJ

    J

    J

    J

    ....00

    .............

    0....0

    0....0

    2

    1

    (3.13)

    s reprezinte endomorfismul f, unde ),1( siJ i sunt celule Jordan

    ataate valorilor proprii ),1( sii , ale endomorfismului f.

    Teorema 4. (Teorema lui Jordan). Fie nV un spaiu vectorial

    peste cmpul K de dimensiune finit i nn VVf : un endomorfism

    pe nV . Proprietile urmtoare sunt echivalente:

    1) Toate rdcinile polinomului caracteristic al lui f sunt n K;

    2) Exist o baz a lui nV n care matricea transformrii f are forma

    Jordan (3.13), n care fiecare celul iJ are elemente din K. Aceasta

    este numit baza Jordan.

    Etapele determinrii matricii Jordan a unui endomorfism f al

    spaiului nV i a bazei Jordan a lui nV sunt:

    1) Scrierea matricei endomorfismului ntr-o baz fixat (de preferin

    baza canonic) a lui nV . Fie A aceast matrice.

    2) Rezolvarea ecuaiei caracteristice a lui f ( a matricei A) i

    determinarea valorilor proprii j cu multiplicitile lor jm ( pj ,1 );

    dac

    p

    j

    j nm1

    (adic toate rdcinile ecuaiei caracteristice sunt

    numere din K), atunci endomorfismul admite form Jordan i se

    continu cu etapele urmtoare.

  • 16

    3) Determinarea subspaiilor proprii i

    S asociate fiecrei valori

    proprii i determinarea unei baze n i

    S , ( pj ,1 ).

    4) Precizarea numrului de celule Jordan ce corespund valorilor

    proprii j ,

    jjn rnIArangVS i )(dimdim (3.14)

    5) Determinarea vectorilor din baz corespunztori celulei de ordin

    p, ataat valorii proprii j : se determin soluia general pentru

    jjj eef )( , apoi se impun condiii de compatibilitate i de

    determin soluii pentru

    .)(,.....)(,)( 1233122 ppjpjj eeefeeefeeef

    6) Matricea Jordan este CACJ 1 , unde C este matricea care

    are pe coloane coordonatele vectorilor din baza Jordan.

  • 17

    CAPITOLUL IV

    FORME BILINIARE. FORME PTRATICE.

    ADUCEREA LA FORMA CANONIC A FORMEI PTRATICE

    IV.1.1. Forme biliniare

    Definiia 1. Se numete form biliniar aplicaia VVF : R

    ce verific axiomele:

    a) yxFyxFyxxF ,,, b) ,,,, yxFyxFyyxF . K ,;,,,,, Vyyyxxx

    Expresia analitic a formei biliniare este:

    ....

    ......

    ...,

    22

    112222221221

    1121121111

    1,

    nnnnnn

    nnnn

    nn

    n

    ji

    jiij

    yxayxa

    yxayxayxayxa

    yxayxayxayxayxF

    unde jiij eeFa , iar ,...2211 nnexexexx nneyeyeyy ...2211 .

    Forma matriceal a expresiei analitice este :

    YAXyxF t , unde ,.

    ...

    ......

    ...

    ...

    21

    22221

    11211

    nnnn

    n

    n

    aaa

    aaa

    aaa

    A

    ,...., 21t

    nxxxX ....., 21t

    nyyyY

    Observaie. La o schimbare de baz, matricea A se schimb

    astfel:

    CACA t

  • 18

    unde C este matricea schimbrii de baz.

    Definiia 2. Forma biliniar ),( yxF este simetric dac

    VyxxyFyxF ,)(),,(),( .

    Dac VyxyxFyxF ,)(),,(),( atunci F este o form

    biliniar antisimetric.

    Definiia 3. Fie RVVF : o form biliniar.

    - F este pozitiv definit dac 0,)(,0),( xVxxxF ;

    - F este pozitiv semidefinit dac VxxxF )(,0),( ;

    - F este negativ definit dac 0,)(,0),( xVxxxF ;

    - F este negativ semidefinit dac VxxxF )(,0),( ;

    - F este nedefinit dac Vx i Vy cu 0),( xxF i

    0),( yyF .

    Rangul formei biliniare F este dat de rangul matricei sale A i se

    spune c F este form biliniar degenerat dac

    VnnrangArangF dim, i F este form biliniar nedegenerat

    dac nrangArangF .

    IV.1.2. Forme ptratice

    Fie RVVF : o form biliniar simetric,

    ),(),( xyFyxF .

    Definiia 4. Se numete form ptratic generat de F aplicaia

    RVP : definit prin ),()( xxFxP .

    Observaii.

    1) ),( yxF se numete forma biliniar generatoare (polar) .

    2) Expresia analitic a formei ptratice este:

  • 19

    .......2...2

    2...22)(

    2

    223223

    2

    222

    1131132112

    2

    111

    nnnnn

    nn

    xaxxaxxaxa

    xxaxxaxxaxaxP

    Forma matriceal va fi XAXxP t )( unde A este matricea ataat

    formei P n baza B.

    3) Matricea formei ptratice este o matrice simetric i real avnd

    valori proprii reale, iar vectorii proprii corespunztori la valori proprii

    distincte sunt ortogonali.

    4) Forma biliniar polar se obine unic din P astfel:

    VyxyPxPyxPyxF ,.,)()()(2

    1),( ,

    5) Modificarea matricii unei forme ptratice la schimbarea bazei se face

    analog cu cea a unei forme biliniare: CACA t unde C este

    matricea schimbrii de baz.

    IV.1.3. Forma canonic a unei forme ptratice

    Definiia 5. O form ptratic este n form canonic dac 22

    22

    2

    11 .....)( nn XXXxP sau matricea ataat ei are forma

    diagonal

    n

    A

    ...00

    ......

    0...0

    0...0

    2

    1

    .

    Baza n care are loc aceast scriere se numete baz canonic pentru

    forma P.

    Propoziia 1. Pentru orice form ptratic exist o baz canonic

    B n care forma ei este

    22222

    11 ... nnxP cu t

    nBX ,...,, 21

  • 20

    Demonstraie. Fie RVP : , de forma jin

    i

    n

    j

    ij xxaxP

    1 1

    n baza neeeB ,...,, 210 a lui V. Presupunem c exist nii 1 cu .0iia Presupunem 011 a . Dac lum separat

    termenii n care apare componenta 1x :

    .......

    ...22...2

    2

    11

    1

    2

    11

    12

    2

    11

    1

    2

    11

    12111

    11

    1

    2

    11

    121

    2

    111112112

    2

    111

    n

    n

    n

    n

    n

    n

    nn

    xa

    ax

    a

    ax

    a

    ax

    a

    axa

    xa

    ax

    a

    axxaxxaxxaxa

    De aici ,... 1

    2

    11

    12

    11

    121 xPx

    a

    ax

    a

    axaxP n

    nn

    unde xP1 nu

    conine componenta .1x

    Fcnd transformarea ,...11

    1

    2

    11

    1211 n

    n xa

    ax

    a

    axy

    nn xyxy ,...,22 , obinem 32232

    222

    2

    111 2 yybybybxV

    + .... 2nnn yb

    Vom nota cu B1 baza n care coordonatele lui x devin

    tnB yyyx ,...,, 211 i transformarea fcut se scrie matriceal :

    01

    1

    2

    111

    1

    11

    13

    11

    12

    2

    1

    ;

    1........000

    0........100

    0.........010

    ......1

    BB

    n

    n

    n

    XCX

    x

    x

    xa

    a

    a

    a

    a

    a

    y

    y

    y

    i .01det1 C

    Aplicm acelai procedeu lui 1P i dup n astfel de pai se obine forma

    canonic a formei. Dac suntem n situaia n care na iii ,1,0

    transformarea ,211 yyx nn yxyxyyx ,...,, 33212 care are

  • 21

    ataat matricea nesingular 2det;

    1.............000

    0..............100

    0..............011

    0..............011

    DD

    rezolv acest impediment. Se obine forma

    2

    212

    2

    112

    3,

    212112 yayayyayyyyaxP ji

    jiji

    ij

    +ji

    jiji

    ij yya

    3,

    i se continu ca mai sus.

    Aceast demonstraie constituie i un procedeu de determinare a formei

    canonice pentru o form ptratic, denumit metoda lui Gauss.

    Metoda lui Jacobi

    Teorema 1. Dac n baza B, forma ptratic P are matricea:

    ,.......................

    .............

    .. . . . .. .. .. . ... . . . ... . . .. .. .. .1

    111

    nnn

    n

    aa

    aa

    A cu ,0,1 1110 a ....

    02221

    1211

    2 aa

    aa, nA

    aa

    aa

    n

    kkk

    k

    k det,....,0

    ........

    ................

    ..........

    1

    111

    ,

    atunci exist o baz n care forma are expresia

    ..... 21222

    12

    1

    1

    0

    n

    n

    n XXXxP

    Metoda valorilor proprii (tranformrilor ortogonale)

    Fie forma ptratic )(xP avnd matricea simetric A. Atunci

    exist n ,...,, 21 valori proprii reale ale matricei A, iar

    22222

    11 .... nn xxxxP este forma canonic n baza format

    de vectorii proprii corespunztori valorilor proprii.

  • 22

    Teorema 2 (Sylvester) Numrul coeficienilor strict pozitivi (p),

    strict negativi (q) i nuli (r) este invariant la schimbarea bazei canonice.

    Se numete signatura formei ptratice tripletul (p,q,r).

  • 23

    CAPITOLUL V

    ALGEBR VECTORIAL

    Fie spaiul euclidian 3

    R .

    Definiia 1. Mulimea segmentelor orientate din spaiu care au

    aceeai direcie, acelai sens i aceeai lungime se numete vector

    liber.

    Vectorul liber se reprezint prin oricare din segmentele orientate care

    aparin mulimii.

    Notaie. a , b , etc. sau MNAB, , etc.

    Lungimea unui vector a sau AB se noteaz cu a sau AB .

    Vectorul de lungime unu se numete vector unitate sau versor.

    Vectorii care au aceeai direcie se numesc coliniari.

    Doi vectori sunt egali dac au aceeai direcie, acelai sens i aceeai

    lungime.

    Mulimea vectorilor liberi din 3

    R formeaz mpreun cu adunarea

    vectorilor (regula paralelogramului) i cu nmulirea unui vector cu un

    numr real, un spaiu vectorial tridimensional.

    Fie },,{ kji o baz ortonormat din 3

    R . Un vector 3

    Ra se

    exprim unic sub forma kajaiaa zyx , iar numerele

    ),,( zyx aaa se numesc coordonatele euclidiene ale lui a .

    Lungimea lui a este 222

    zyx aaaa . (5.1)

    Dac ),,( zyx aaaa i ),,( zyx bbbb atunci

  • 24

    ),,( zzyyxx babababa , ),,( zyx aaaa , R .

    Dac ),,( 111 zyxA i ),,( 222 zyxB sunt dou puncte date, atunci

    2

    12

    2

    12

    2

    12 )()()( zzyyxxABAB (5.2)

    Definiia 2. Se numete produsul scalar a doi vectori a i b ,

    numrul

    ),(,cos bababa .

    Proprieti. a) 0,02

    aaaa i 0aa 0a ; b)

    cabacba )( ; c) )()( baba ; d) abba ; e)

    baba 0 ; f) 0,

    bb

    baapr

    b, RR ,,,)( 3cba .

    Observaia 1. In raport cu o baz ortonormat, produsul scalar

    are expresia

    zzyyxx babababa (5.3)

    iar unghiul dintre cei doi vectori poate fi determinat prin

    ],0[,cos222222

    zyxzyx

    zzyyxx

    bbbaaa

    bababa. (5.4)

    Fie e un versor. Numrul ea este mrimea algebric a proieciei lui

    a pe direcia e .

    Definiia 3. Se numete produsul vectorial al vectorilor a i b ,

    vectorul

    ),(,sin baebaba ,

  • 25

    unde e este un versor perpendicular pe planul format de a i b i cu

    sensul astfel nct triedrul baba ,, s fie orientat drept (rotirea lui a spre b n sens trigonometric s nu depeasc un unghi de

    180 ).

    Proprieti. a) 0aa , b) baba 0 , c)

    abba , d) )()( baba , e) cabacba )( ,

    RR ,,,)( 3cba .

    Mrimea produsului vectorial reprezint aria paralelogramului ce

    se poate construi pe cei doi vectori ca laturi.

    Observaia 2. In raport cu o baz ortonormat, produsul vectorial

    are forma

    kabbajbaabiabba

    bbb

    aaa

    kji

    ba

    yxyxzxzxzyzy

    zyx

    zyx

    )()()(

    (5.5)

    Definiia 4. Se numete produsul mixt a trei vectori a , b i c ,

    scalarul cbacba )(),,( .

    Proprieti. a) ),,(),,(),,( bacacbcba , b)

    ),,(),,( cabcba , ),,(),,( cbacba , RR ,,,)( 3cba .

    Observaia 3. Modulul produsului mixt a trei vectori reprezint

    volumul paralelipipedului construit pe cei trei vectori ca laturi.

    Observaia 4. In raport cu o baz ortonormat, expresia

    produsului mixt este:

  • 26

    zyx

    zyx

    zyx

    ccc

    bbb

    aaa

    cba ),,( . (5.6)

    Observaia 5. Trei vectori sunt coplanari dac produsul lor mixt

    este zero.

    Definiia 5. Se numete dublu produs vectorial al vectorilor a ,

    b i c , vectorul

    cbabcacba )()()( .

    Aplicaii. 1) Aria triunghiului de vrfuri A, B, C este

    ACABA 2

    1. (5.7)

    2) Volumul tetraedrului de vrfuri A, B, C, D este ADACABV ,,6

    1 .

    (5.8) ; 3) O condiie necesar i suficient ca patru puncte A, B, C, D

    s fie coplanare este ca 0

    1

    1

    1

    1

    444

    333

    222

    111

    zyx

    zyx

    zyx

    zyx

    . (5.9)