Interaktiv linjär algebra

Den grundläggande konstruktionen i detta avsnitt är punktprodukten, som mäter vinklar mellan vektorer och beräknar längden på en vektor.

Definition

Punktprodukten mellan två vektorer x,y i Rn är

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

Tänker man sig att x,y är kolonnvektorer är detta detsamma som xTy.

Till exempel,

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

Bemärk att punktprodukten av två vektorer är en skalär.

Du kan räkna med punktprodukter i stort sett som vanligt, så länge du kommer ihåg att du bara kan pricka ihop två vektorer och att resultatet är en skalär.

Punktproduktens egenskaper

Låt x,y,z vara vektorer i Rn och låt c vara en skalär.

  1. Kommutativitet: x-y=y-x.
  2. Distributivitet med addition: (x+y)-z=x-z+y-z.
  3. Distributivitet med skalär multiplikation: (cx)-y=c(x-y).

Det är ett viktigt specialfall att en vektors punktprodukt är ett viktigt specialfall:

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

För varje vektor x har vi därför:

  • x-x≥0
  • x-x=0⇐⇒x=0.

Detta leder till en bra definition av längd.

Fakta

Längden på en vektor x i Rn är talet

AxA=Bx-x=Nx21+x22+—+x2n.

Det är lätt att se varför detta gäller för vektorer i R2, genom Pythagoras sats.

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

För vektorer i R3 kan man kontrollera att AxA verkligen är längden på x, även om det nu kräver två tillämpningar av Pythagoras sats.

Bemärk att längden på en vektor är pilens längd; om vi tänker i termer av punkter är längden dess avstånd från origo.

Fakta

Om x är en vektor och c är en skalär, så är AcxA=|c|-AxA.

Detta säger att om man skalar en vektor med c skalar man dess längd med |c|. Till exempel,

DDDDO68PDDDD=DDDDDD2O34PDDDD=2DDDDDDO34PDDDD=10.

När vi nu har ett bra begrepp om längd kan vi definiera avståndet mellan punkter i Rn. Minns att skillnaden mellan två punkter x,y naturligtvis är en vektor, nämligen vektorn y-x som pekar från x till y.

Definition

Avståndet mellan två punkter x,y i Rn är längden på vektorn från x till y:

dist(x,y)=Ay-xA.

Vektorer med längden 1 är mycket vanliga i tillämpningar, så vi ger dem ett namn.

Definition

En enhetsvektor är en vektor x med längden AxA=Bx-x=1.

De vanliga koordinatvektorerna e1,e2,e3,… är enhetsvektorer:

Ae1A=DDDDDDDDE100FDDDDDD=M12+02+02=1.

För varje vektor x som inte är noll finns det en unik enhetsvektor som pekar i samma riktning. Den fås genom att dividera med längden på x.

Fakta

Låt x vara en icke-noll vektor i Rn. Enhetsvektorn i x:s riktning är vektorn x/AxA.

Detta är faktiskt en enhetsvektor (observera att AxA är ett positivt tal, så CC1/AxACC=1/AxA):

DDDDDDxAxADDDD=1AxAAxA=1.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.