Esercizio 86angoli, aree e volumi con il prodotto scalare
In questa pagina 4
In questa pagina 4
Testo.
- In si calcoli l'angolo tra e e l'area del parallelogramma di lati e .
- In si calcoli l'area del triangolo di vertici , , .
- In si calcoli il volume del parallelepipedo di spigoli , , , sia con la matrice dei prodotti scalari sia con il determinante di .
Teoria usata: Prodotto scalare, norma e angoliIl prodotto scalare aggiunge a uno spazio vettoriale lunghezze e angoli: norma, disuguaglianza di Cauchy-Schwarz, angolo tra vettori in R^n, ortogonalità, proiezione su una retta, aree e volumi con il determinante della matrice dei prodotti scalari.Prodotto scalare, norma e angoli →, Proprietà del determinante, Binet e LaplaceIl determinante è lineare in ogni riga, cambia segno scambiando due righe, non cambia sommando a una riga un multiplo di un'altra: così si calcola con Gauss riducendo a triangolare. Binet: det(AB) = det A · det B. Laplace: sviluppo lungo una riga o colonna con i complementi algebrici.Proprietà del determinante, Binet e Laplace →.
1. Angolo e area in
Norme e prodotto scalare
Angolo
L'angolo è : l'[[Funzioni trigonometriche e loro inverse|arcocoseno|arccos è l'inversa del coseno ristretto a [0, π]: restituisce l'unico angolo di [0, π] che ha quel coseno.]] dà l'unico angolo in con coseno , cioè (valore notevole: ).
Si può interpretare: "vede" solo la prima e la terza coordinata, dove e coincidono; il resto di , cioè , è perpendicolare a e ha la stessa lunghezza della parte comune. Un triangolo rettangolo isoscele: .
Area del parallelogramma
Il quadrato dell'area è il determinante della matrice dei prodotti scalari (matrice di GramDa area = ‖v‖ ‖w‖ sin α e sin² = 1 − cos² si ottiene area² = ‖v‖²‖w‖² − (v·w)², che è il determinante della matrice dei prodotti scalari.Prodotto scalare, norma e angoli →):
Controllo con base × altezza: ✓.
Il disegno. Il parallelogramma sta nel piano , e lì si può disegnare. Si prende come primo asse la direzione di e come secondo la direzione della parte di perpendicolare a , cioè , che ha norma . In questi assi e (la parte comune ha norma ): base , altezza , area .
Grafico interattivo: Il parallelogramma di lati v = (1, 1, 1, 1) e w = (1, 0, 1, 0) disegnato nel suo piano: w = (√2, 0), v = (√2, √2), angolo 45°, base √2 e altezza √2, area 2
2. Area di un triangolo in
Il triangolo è metà del parallelogramma di lati e (i vettori che partono dallo stesso vertice ):
Prodotti scalari:
: i lati e sono perpendicolari, il triangolo è rettangolo in .
Controllo (triangolo rettangolo: cateto × cateto / 2): ✓.
3. Volume di un parallelepipedo in
Con la matrice dei prodotti scalari
(Sviluppo di LaplaceSi sviluppa lungo la prima riga: ogni elemento per il determinante della sottomatrice che resta cancellando riga e colonna, con segni alterni +, −, +.Proprietà del determinante, Binet e Laplace → lungo la prima riga.)
Con il determinante della matrice dei vettori
Sia la matrice con i vettori in colonna:
(Sviluppo lungo la prima riga: .)
Perché le due strade coincidono. La matrice dei prodotti scalari è (l'elemento di è riga di per colonna di , cioè ). Per il teorema di Binetdet(AB) = det A · det B per due matrici quadrate dello stesso ordine.Proprietà del determinante, Binet e Laplace → e perché :
Quindi in (e in generale con vettori in ) il volume è semplicemente . La matrice dei prodotti scalari serve quando i vettori sono meno della dimensione dello spazio (come nei punti 1 e 2), perché allora non è quadrata e il suo determinante non esiste.
Errori comuni
- Usare in : la matrice non ha determinante; serve la matrice dei prodotti scalari.
- Dimenticare la radice: il determinante della matrice dei prodotti scalari è il quadrato dell'area (o del volume).
- Area del triangolo con i vettori posizione invece che con le differenze , .
- Dare un volume negativo: può essere negativo (dipende dall'orientazione), il volume è il suo valore assoluto.
Versione ripasso
Testo. 1. In si calcoli l'angolo tra e e l'area del parallelogramma di lati e . 2. In si calcoli l'area del triangolo di vertici , , . 3. In si calcoli il volume del parallelepipedo di spigoli , , , sia con la matrice dei prodotti scalari sia con il determinante di .
1. Angolo e area in
- Norme e prodotti: , , .
- Angolo: .
- Area: .
2. Area di un triangolo in
Si considerano i vettori e .
- Prodotti: (vettori perpendicolari).
- Area: .
3. Volume in
- Matrice di Gram: .
- Determinante: .
- Teoria: In , con vettori, . La matrice dei prodotti scalari (matrice di Gram) è e serve quando i vettori sono meno della dimensione dello spazio ().
Errori comuni
- Tentare di calcolare il determinante di matrici non quadrate (es. in ).
- Dimenticare la radice quadrata del determinante della matrice di Gram.
- Usare i vettori posizione anziché le differenze .
- Scambiare un determinante negativo con un volume negativo (il volume è ).