Algebra lineare interattiva

La costruzione di base in questa sezione è il prodotto punto, che misura gli angoli tra i vettori e calcola la lunghezza di un vettore.

Definizione

Il prodotto di punto di due vettori x,y in Rn è

x-y=GKKIx1x2…xnHLLJ-GKKIy1y2…ynHLLJ=x1y1+x2y2+—+xnyn.

Pensando a x,y come vettori colonna, questo è uguale a xTy.

Per esempio,

E123F-E456F=A123BE456F=1-4+2-5+3-6=32.

Nota che il prodotto di punti di due vettori è uno scalare.

Si può fare aritmetica con i prodotti di punti quasi sempre come al solito, purché ci si ricordi che si possono mettere insieme solo due vettori e che il risultato è uno scalare.

Proprietà del prodotto di punti

Lasciamo che x,y,z siano vettori in Rn e che c sia uno scalare.

  1. Commutatività: x-y=y-x.
  2. Distributività con addizione: (x+y)-z=x-z+y-z.
  3. Distributività con moltiplicazione scalare: (cx)-y=c(x-y).

Il prodotto di punto di un vettore con se stesso è un caso speciale importante:

GKKIx1x2…xnHLLJ-GKKIx1x2…xnHLLJ=x21+x22+—+x2n.

Pertanto, per qualsiasi vettore x, abbiamo:

  • x-x≥0
  • x-x=0⇐⇒x=0.

Questo porta ad una buona definizione di lunghezza.

Fatto

La lunghezza di un vettore x in Rn è il numero

AxA=Bx-x=Nx21+x22+—+x2n.

È facile vedere perché questo è vero per i vettori in R2, per il teorema di Pitagora.

O34PB32+42=534DDDDO34PDDDD=B32+42=5

Per i vettori in R3, si può verificare che AxA è davvero la lunghezza di x, anche se ora questo richiede due applicazioni del teorema di Pitagora.

Nota che la lunghezza di un vettore è la lunghezza della freccia; se pensiamo in termini di punti, allora la lunghezza è la sua distanza dall’origine.

Fatto

Se x è un vettore e c è uno scalare, allora AcxA=|c|-AxA.

Questo dice che scalando un vettore di c si scala la sua lunghezza di |c|. Per esempio,

DDDO68PDDDD=DD2O34PDDDD=2DDDDO34PDDDD=10.

Ora che abbiamo una buona nozione di lunghezza, possiamo definire la distanza tra punti in Rn. Ricordiamo che la differenza tra due punti x,y è naturalmente un vettore, cioè il vettore y-x che punta da x a y.

Definizione

La distanza tra due punti x,y in Rn è la lunghezza del vettore da x a y:

dist(x,y)=Ay-xA.

I vettori di lunghezza 1 sono molto comuni nelle applicazioni, quindi diamo loro un nome.

Definizione

Un vettore unitario è un vettore x di lunghezza AxA=Bx-x=1.

I vettori coordinate standard e1,e2,e3,… sono vettori unitari:

Ae1A=DDDDDDE100FDDDDDD=M12+02+02=1.

Per ogni vettore x non nullo, esiste un unico vettore unitario che punta nella stessa direzione. Si ottiene dividendo per la lunghezza di x.

Fatto

Lascia che x sia un vettore non nullo in Rn. Il vettore unitario nella direzione di x è il vettore x/AxA.

Questo è infatti un vettore unitario (notando che AxA è un numero positivo, quindi CC1/AxACC=1/AxA):

DDDDxAxADDD=1AxAAxA=1.

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