Глава 1

Системы координат на плоскости и в пространстве

[185/83%]
Показать
LaTeX
§
Задача 1

В прямоугольной системе координат x,yx, y на плоскости дана точка M(x,y)M(x, y). Найти точку, симметричную точке MM относительно:

?
(1)

начала координат;

(2)

оси абсцисс;

(3)

оси ординат;

(4)

биссектрисы первого и третьего координатных углов;

(5)

относительно биссектрисы второго и четвертого координатных углов.

Задача 2

В прямоугольной системе координат x,y,zx, y, z в пространстве дана точка M(x,y,z)M(x, y, z). Найти точку, симметричную точке MM относительно:

?
(1)

начала координат;

(2)

оси OxO x;

(3)

плоскости OxyO x y;

(4)

биссекторной плоскости координатных плоскостей OxyO x y и OyzO y z, проходящей через первый октант.

Задача 3

Даны две параллельные прямые ℓ1\ell_{1} и ℓ2\ell_{2}, расстояние между которыми равно dd, и три точки A,BA, B и CC. Точки AA и BB симметричны относительно прямой ℓ1\ell_{1}, а точки BB и CC — относительно ℓ2\ell_{2}. Найти расстояние между точками AA и CC.

?
Задача 4

Зная радиус-векторы r1,r2,r3\mathbf{r}_{1}, \mathbf{r}_{2}, \mathbf{r}_{3} трех последовательных вершин параллелограмма, найти радиус-вектор r4\mathbf{r}_{4} четвертой вершины.

?
Задача 5

Даны радиус-векторы rA,rB,rC\mathbf{r}_{A}, \mathbf{r}_{B}, \mathbf{r}_{C} трех последовательных вершин трапеции ABCDA B C D и отношение оснований

∣AD∣:∣BC∣=k \left|A D\right|:\left|B C\right| = k

Найти радиус-вектор rD\mathbf{r}_{D} четвертой вершины.

?
Задача 6

Говорят, что точка CC делит отрезок ABA B в отношении λ\lambda, если имеет место равенство

AC→=λCB→ \overrightarrow {A C} = \lambda \overrightarrow {C B}

Зная радиус-векторы rA\mathbf{r}_{A} и rB\mathbf{r}_{B} точек AA и BB, найти:

?
(1)

радиус-вектор r\mathbf{r} середины отрезка ABA B;

(2)

радиус-вектор rC\mathbf{r}_{C} точки CC, делящей отрезок ABA B в отношении λ\lambda.

Задача 7

В каких пределах находится число λ\lambda, равное отношению, в котором точка MM делит отрезок ABA B, если MM лежит:

?
(1)

внутри отрезка;

(2)

на его продолжении за точку AA;

(3)

на его продолжении за точку BB?

Задача 8

Даны радиус-векторы rA,rB,rC\mathbf{r}_{A}, \mathbf{r}_{B}, \mathbf{r}_{C} вершин треугольника ABCA B C. Найти радиус-вектор r\mathbf{r} точки пересечения его медиан.

?
Задача 9

В пространстве даны две точки A(1,2,3)A(1,2,3) и B(7,2,5)B(7,2,5). На прямой ABA B найти точку MM так, чтобы точки BB и MM были расположены по разные стороны от точки AA и чтобы отрезок AMA M был вдвое больше отрезка ABA B.

?
Задача 10

В треугольнике ABCA B C проведена биссектриса ADA D угла AA. Выразить радиус-вектор rD\mathbf{r}_{D} точки DD через радиус-векторы rB,rC\mathbf{r}_{B}, \mathbf{r}_{C} точек BB и CC и длины сторон b=∣AC∣,c=∣AB∣b = \left|A C\right|, c = \left|A B\right|.

?
Задача 11

Даны координаты A(1,1),B(3,5),C(2,6)A(1,1), B(3,5), C(2,6) трех последовательных вершин трапеции ABCDA B C D и отношение оснований ∣BC∣:∣AD∣=2\left|B C\right|:\left|A D\right| = 2. Найти координаты вершины DD, точки MM пересечения диагоналей и точки SS пересечения продолжений боковых сторон.

?
Задача 12

В параллелограмме ABCDA B C D отмечены середины E,FE, F сторон ABA B и CDC D соответственно. Прямая ℓ\ell, не проходящая через точку EE, пересекает прямые AB,EF,CEA B, E F, C E и DED E в точках P,Q,RP, Q, R и SS соответственно. Точка RR делит отрезок PQP Q в отношении λ\lambda. В каком отношении делит этот отрезок точка SS?

?
Задача 13

Даны три точки A,BA, B и CC. Пусть rA,rB\mathbf{r}_{A}, \mathbf{r}_{B} и rC\mathbf{r}_{C} — их радиус-векторы. Какие из следующих выражений задают вектор, не зависящий от выбора начала отсчета, а какие — радиус-вектор точки, не зависящей от выбора начала отсчета? Указать эти векторы и точки:

?
(1)

3rA−rB−rC3 \mathbf{r}_{A}-\mathbf{r}_{B}-\mathbf{r}_{C}

(2)

2rB+2rC−3rA2 \mathbf{r}_{B}+2 \mathbf{r}_{C}-3 \mathbf{r}_{A}

(3)

(2rA+rB+rC)/4\left(2 \mathbf{r}_{A}+\mathbf{r}_{B}+\mathbf{r}_{C}\right) / 4;

(4)

(2rA−rB−rC)/4\left(2 \mathbf{r}_{A}-\mathbf{r}_{B}-\mathbf{r}_{C}\right) / 4;

(5)

2rA−rB−rC2 \mathbf{r}_{A}-\mathbf{r}_{B}-\mathbf{r}_{C};

(6)

(2rA+rB+rC)/5\left(2 \mathbf{r}_{A}+\mathbf{r}_{B}+\mathbf{r}_{C}\right) / 5.

Задача 14

Пересекает ли какую-либо координатную ось прямая, проходящая через точки A(6,−8,−1)A(6,-8,-1) и B(−3,4,3)B(-3,4,3)?

?
Задача 15

Доказать, что отрезки прямых, соединяющих середины противоположных ребер тетраэдра, пересекаются в одной точке и делятся этой точкой пополам; доказать также, что в той же точке пересекаются отрезки прямых, соединяющих вершины тетраэдра с точками пересечения медиан противоположных граней, и делятся этой точкой в отношении 3:13: 1 (считая от вершин).

?
Задача 16

Даны две точки AA и BB, расстояние между которыми равно 2c2 c. Найти геометрическое место точек, сумма квадратов расстояний от которых до точек AA и BB равна 2a22 a^{2}, при условии a>ca > c.

?
Задача 17

Даны две точки AA и BB, расстояние между которыми равно 2c2 c. Найти геометрическое место точек, абсолютная величина разности квадратов расстояний от которых до точек AA и BB равна 4a24 a^{2}.

?
Задача 18

Найти геометрическое место точек, сумма квадратов расстояний от которых до вершин острых углов равнобедренного прямоугольного треугольника вдвое больше квадрата расстояния до вершины прямого угла.

?
Задача 19

Найти геометрическое место точек, сумма квадратов расстояний от которых до трех вершин равностороннего треугольника постоянна при условии, что этому геометрическому месту принадлежит середина одной из сторон треугольника.

?
Задача 20

Найти геометрическое место точек, сумма квадратов расстояний от которых до двух вершин AA и BB треугольника ABCA B C равна квадрату расстояния до его третьей вершины CC.

?
Задача 21

Найти геометрическое место точек, сумма квадратов расстояний от которых до трех вершин треугольника ABCA B C равна a2a^{2}.

?
Задача 22

Доказать, что геометрическое место точек, сумма квадратов расстояний от которых до нескольких фиксированных точек постоянна, является окружностью или одной точкой.

?
Задача 23

Даны две различные точки AA и BB и положительное число k≠1k \neq 1. Найти геометрическое место точек, отношение расстояний от которых до точек AA и BB равно kk.

?
Задача 24

Найти геометрическое место точек, сумма расстояний от которых до двух противоположных вершин прямоугольника равна сумме их расстояний до двух других противоположных вершин.

?
Задача 25

Даны две окружности с центрами O1,O2O_{1}, O_{2} и радиусами r1r_{1} и r2r_{2} соответственно. Найти геометрическое место точек, из которых к ним можно провести равные касательные.

?
Задача 26

Дана окружность с центром OO и радиусом rr и точка AA, находящаяся на расстоянии aa от точки OO. Найти геометрическое место точек, касательные из которых, проведенные к данной окружности, равны отрезкам, соединяющим эти точки с точкой AA.

?
Задача 27

Даны две окружности x2+y2−6x−16=0,x2+y2+8x−2=0x^{2}+y^{2}-6 x-16 = 0, x^{2}+y^{2}+8 x-2 = 0. Найти геометрическое место точек, из которых к этим окружностям можно провести равные касательные.

?
Задача 28

Даны две окружности x2+y2−6x−27=0,x2+y2+2x−8=0x^{2}+y^{2}-6 x-27 = 0, x^{2}+y^{2}+2 x-8 = 0. Найти геометрическое место точек, касательные из которых, проведенные к большей окружности, вдвое длиннее касательных к меньшей окружности.

?
Задача 29

Найти геометрическое место точек, квадрат расстояния от которых до точки пересечения двух данных взаимно перпендикулярных прямых в 5/25 / 2 раз больше произведения их расстояний до этих прямых.

?
Задача 30

Найти геометрическое место точек, сумма расстояний от которых до осей координат постоянна при условии, что этому геометрическому месту принадлежит точка (2,−1)(2,-1).

?
Задача 31

Найти геометрическое место точек, произведение расстояний от которых до прямых, содержащих две противоположные стороны квадрата, равно произведению расстояний до прямых, содержащих две другие его стороны.

?
Задача 32

Найти геометрическое место точек, сумма расстояний от которых до двух данных параллельных прямых вдвое больше расстояния до третьей данной прямой, перпендикулярной к первым двум.

?
Задача 33

Дан прямоугольник со сторонами 2a2 a и 2b2 b, причем a>ba > b. Найти геометрическое место точек, сумма расстояний от которых до прямых, содержащих две противоположные стороны прямоугольника, равна сумме расстояний до прямых, содержащих две другие противоположные стороны.

?
§
Задача 34

Дан правильный шестиугольник ABCDEFA B C D E F, длина стороны которого равна 1. Приняв за полюс вершину AA, за положительное направление полярной оси направление вектора AB→\overrightarrow {A B}, а за положительное направление отсчета углов — направление кратчайшего поворота от AB→\overrightarrow {A B} к AC→\overrightarrow {A C}, найти полярные координаты вершин шестиугольника в этой системе.

?
Задача 35

Вычислить расстояние между двумя точками, заданными своими полярными координатами:

?
(1)

A(2,π12)A\left(2, \frac{\pi }{12}\right) и B(1,5π12)B\left(1, \frac{5 \pi }{12}\right);

(2)

C(4,π5)C\left(4, \frac{\pi }{5}\right) и D(6,6π5)D\left(6, \frac{6 \pi }{5}\right);

(3)

E(3,11π18)E\left(3, \frac{11 \pi }{18}\right) и F(4,π9)F\left(4, \frac{\pi }{9}\right).

Задача 36

Даны полярные координаты точек A(8,−2π3)A\left(8,-\frac{2 \pi }{3}\right) и B(6,π3)B\left(6, \frac{\pi }{3}\right). Вычислить полярные координаты середины отрезка ABA B.

?
Задача 37

Дана точка A(5,2π3)A\left(5, \frac{2 \pi }{3}\right) относительно полярной системы координат. Найти:

?
(1)

точку BB, симметричную точке AA относительно полюса;

(2)

точку CC, симметричную точке AA относительно полярной оси.

Задача 38

В полярной системе координат найти точку, симметричную точке (ρ0,φ0)(\rho_{0}, \varphi_{0}) относительно прямой, содержащей луч φ=φ1\varphi = \varphi_{1}.

?
Задача 39

Относительно полярной системы координат даны точки A(2,π6),B(3,4π3),C(1,3π2),D(5,π),E(5,0)A\left(2, \frac{\pi }{6}\right), B\left(3, \frac{4 \pi }{3}\right), C\left(1, \frac{3 \pi }{2}\right), D(5, \pi ), E(5,0). Какие координаты будут иметь эти точки, если повернуть полярную ось вокруг полюса в положительном направлении на угол 3π/43 \pi / 4?

?
Задача 40

Вычислить площадь SS треугольника, одна из вершин которого помещается в полюсе, а две другие имеют полярные координаты (4,π9),(1,5π18)\left(4, \frac{\pi }{9}\right),\left(1, \frac{5 \pi }{18}\right).

?
Задача 41

Относительно полярной системы координат даны точки A(2,π3),B(2,3π4),C(5,π2),D(3,−π6)A\left(2, \frac{\pi }{3}\right), B\left(\sqrt{2}, \frac{3 \pi }{4}\right), C\left(5, \frac{\pi }{2}\right), D\left(3,-\frac{\pi }{6}\right). Найти координаты этих точек в соответствующей прямоугольной системе координат.

?
Задача 42

Зная прямоугольные координаты точек A(−1,1),B(0,2)A(-1,1), B(0,2), C(5,0),D(−8,−6)C(5,0), D(-8,-6), найти их координаты в полярной системе координат, соответствующей данной прямоугольной.

?
Задача 43

Зная полярные координаты точки: ρ=10,φ=π/6\rho = 10, \varphi = \pi / 6, найти ее прямоугольные координаты, если полюс полярной системы координат находится в точке (2,3), а полярная ось параллельна оси OxO x.

?
Задача 44

Полюс полярной системы координат находится в точке (3,5)(3,5), а положительное направление полярной оси совпадает с положительным направлением оси OyO y. Найти в этой системе полярные координаты точек M1(9,−1)M_{1}(9,-1) и M2(5,5−23)M_{2}(5,5-2 \sqrt{3}).

?
Задача 45

Написать выражение прямоугольных координат через полярные, если полюс полярной системы находится в точке (x0,y0)(x_{0}, y_{0}), а ее ось направлена под углом φ0\varphi_{0} к оси OxO x.

?
Задача 46

С помощью перехода к полярной системе координат доказать, что при повороте в положительном направлении на угол φ\varphi вектор с координатами (x,y)(x, y) переходит в вектор с координатами (xcos⁡φ−ysin⁡φ,xsin⁡φ+ycos⁡φ)(x \cos \varphi -y \sin \varphi , x \sin \varphi +y \cos \varphi ).

?
Задача 47

Одна из вершин правильного треугольника находится в точке (0,0)(0,0), а центр — в точке (2,4)(2,4). Найти координаты остальных вершин.

?
Задача 48

Даны две противоположные вершины квадрата (1,1)(1,1) и (3,5)(3,5). Найти две другие вершины.

?
Задача 49

Даны координаты двух соседних вершин квадрата ABCDA B C D : A(1,−1)A(1,-1) и B(3,1)B(3,1). Найти координаты остальных вершин.

?
Задача 50

Найти уравнение прямой, полученной из прямой x+3y=2x+3 y = 2 поворотом в положительном направлении на угол π/4\pi / 4 вокруг точки пересечения с осью абсцисс.

?
Задача 51

Вершины AA и BB треугольника ABCA B C имеют координаты (0,0)(0,0) и (28,21)(28,21) соответственно. Найти координаты вершины CC, зная углы: ∠A=π4\angle A = \frac{\pi }{4} и ∠B=arccos⁡45\angle B = \arccos \frac{4}{5}.

?
Задача 52

Вершина AA равностороннего треугольника ABCA B C находится в точке (0,1)(0,1). Найти вершины BB и CC, если известно, что они лежат на прямых y=3y = 3 и y=4y = 4 соответственно.

?
Задача 53

Доказать, что в полярной системе координат уравнение

ρcos⁡(φ−φ0)=a \rho \cos \left(\varphi -\varphi _{0}\right) = a

при любых φ0\varphi_{0}, а задает прямую. Каков геометрический смысл величин φ0,a\varphi_{0}, a?

?
Задача 54

В полярной системе координат прямая задана уравнением

ρ=2cos⁡φ+sin⁡φ \rho = \frac{2}{\cos \varphi +\sin \varphi }

Найти уравнение этой прямой в прямоугольных координатах. Найти полярные координаты точки, симметричной полюсу относительно этой прямой.

?
Задача 55

Составить уравнение прямой ABA B в полярной системе координат, если точки AA и BB имеют полярные координаты:

?
(1)

A(43,π2),B(4,2π3)A\left(\frac{4}{\sqrt{3}}, \frac{\pi }{2}\right), B\left(4, \frac{2 \pi }{3}\right);

(2)

A(23,π3),B(3,π2)A\left(2 \sqrt{3}, \frac{\pi }{3}\right), B\left(3, \frac{\pi }{2}\right).

Задача 56

Центр равностороннего треугольника находится в начале координат, а одна из его сторон задана в полярной системе координат уравнением ρ=a/cos⁡φ\rho = a / \cos \varphi. Найти уравнения остальных сторон треугольника.

?
Задача 57

В полярных координатах написать уравнение окружности радиусом r0r_{0} с центром в точке (ρ0,φ0)(\rho_{0}, \varphi_{0}).

?
Задача 58

Найти сферические координаты точек по их прямоугольным координатам:

A(−8,−4,1),B(−2,−2,−1),C(0,−4,3),D(1,−1,−1),E(0,1,0) A(-8,-4,1), B(-2,-2,-1), C(0,-4,3), D(1,-1,-1), E(0,1,0)
?
Задача 59

Найти сферические координаты точки MM, зная, что луч OMO M образует с осями OxO x и Оу углы, соответственно равные π/4\pi / 4 и π/3\pi / 3, и что координата zz точки MM равна -1.

?
Задача 60

Найти прямоугольные координаты точки, лежащей на сфере радиусом 1, зная ее долготу φ=330∘\varphi = 330^{\circ } и широту θ=45∘\theta = 45^{\circ }.

?
Задача 61

Найти длину меньшей из двух дуг большого круга, соединяющих две точки AA и BB, лежащие на сфере радиусом ρ\rho, зная долготу и широту этих точек: A(φ1,θ1),B(φ2,θ2)A\left(\varphi_{1}, \theta_{1}\right), B\left(\varphi_{2}, \theta_{2}\right).

?
Задача 62

Найти цилиндрические координаты точек по их прямоугольным координатам: A(3,−4,5),B(1,−1,−1),C(−6,0,8)A(3,-4,5), B(1,-1,-1), C(-6,0,8).

?
Задача 63

Найти цилиндрические координаты точки MM, зная, что луч OMO M составляет с осями координат OxO x и ОуО у углы π/3,π/3\pi / 3, \pi / 3, его угол с осью OzO z острый, а длина отрезка OMO M равна 1. Найти угол между лучом OMO M и осью OzO z.

?
Задача 64

Найти угол α\alpha вектора OM→\overrightarrow {O M} с осью OxO x, зная цилиндрические координаты ρ,φ,z\rho , \varphi , z точки MM.

?
§
Задача 65

В треугольнике ABCA B C проведены медианы AD,BEA D, B E и CFC F. Найти сумму векторов AD→+BE→+CF→\overrightarrow {A D}+\overrightarrow {B E}+\overrightarrow {C F}.

?
Задача 66

Точки EE и FF служат серединами сторон ABA B и CDC D четырехугольника ABCDA B C D. Доказать, что EF→=(BC→+AD→)/2\overrightarrow {E F} = (\overrightarrow {B C}+\overrightarrow {A D}) / 2. Вывести отсюда обратную теорему о средней линии трапеции.

?
Задача 67

Векторы AC→=a\overrightarrow {A C} = \mathbf{a} и BD→=b\overrightarrow {B D} = \mathbf{b} служат диагоналями параллелограмма ABCDA B C D. Выразить через векторы а и b\mathbf{b} векторы AB→,BC→,CD→\overrightarrow {A B}, \overrightarrow {B C}, \overrightarrow {C D} и DA→\overrightarrow {D A}, являющиеся сторонами этого параллелограмма.

?
Задача 68

Точки KK и LL служат серединами сторон BCB C и CDC D параллелограмма ABCDA B C D. Полагая AK→=k\overrightarrow {A K} = \mathbf{k} и AL→=1\overrightarrow {A L} = 1, выразить через векторы k\mathbf{k} и 1 векторы BC→\overrightarrow {B C} и CD→\overrightarrow {C D}.

?
Задача 69

Векторы AB→=p\overrightarrow {A B} = \mathbf{p} и AF→=q\overrightarrow {A F} = \mathbf{q} служат двумя смежными сторонами правильного шестиугольника ABCDEFA B C D E F. Выразить через p\mathbf{p} и q векторы BC→,CD→,DE→,EF→\overrightarrow {B C}, \overrightarrow {C D}, \overrightarrow {D E}, \overrightarrow {E F}, идущие по сторонам этого шестиугольника.

?
Задача 70

В треугольнике найти такую точку, чтобы сумма векторов, идущих из этой точки к вершинам треугольника, была равна 0\mathbf{0}.

?
Задача 71

Из точки OO выходят два вектора OA→=a,OB→=b\overrightarrow {O A} = \mathbf{a}, \overrightarrow {O B} = \mathbf{b}. Найти какойнибудь вектор OM→\overrightarrow {O M}, идущий по биссектрисе угла AOBA O B. Вывести отсюда теорему о биссектрисе.

?
Задача 72

На трех некомпланарных векторах AB→=p,AD→=q,AA′→=r\overrightarrow {A B} = \mathbf{p}, \overrightarrow {A D} = \mathbf{q}, \overrightarrow {A A^{\prime }} = \mathbf{r} построен параллелепипед ABCDA′B′C′D′A B C D A^{\prime } B^{\prime } C^{\prime } D^{\prime }. Выразить через p\mathbf{p}, q и r\mathbf{r} векторы, совпадающие с ребрами, диагональю параллелепипеда и диагоналями граней этого параллелепипеда, для которых вершина A′A^{\prime } служит началом.

?
Задача 73

В тетраэдре ABCDA B C D даны векторы ребер, выходящих из вершины A:AB→=b,AC→=c,AD→=dA: \overrightarrow {A B} = \mathbf{b}, \overrightarrow {A C} = \mathbf{c}, \overrightarrow {A D} = \mathbf{d}. Выразить через них векторы остальных ребер тетраэдра, медианы DMD M грани BCDB C D и вектор AQ→\overrightarrow {A Q}, где QQ — точка пересечения медиан грани BCDB C D.

?
Задача 74

Дан тетраэдр OABCO A B C. Полагая OA→=a,OB→=b,OC→=c\overrightarrow {O A} = \mathbf{a}, \overrightarrow {O B} = \mathbf{b}, \overrightarrow {O C} = \mathbf{c}, выразить через а, b и с векторы MN→,PQ→\overrightarrow {M N}, \overrightarrow {P Q} и RS→\overrightarrow {R S}, где M,PM, P и RR — середины ребер OA,OBO A, O B и OCO C, а N,QN, Q и SS — середины соответствующих противоположных ребер.

?
Задача 75

Дан пространственный четырехугольник ABCDA B C D. Известны векторы AB→=m\overrightarrow {A B} = \mathbf{m} и CD→=p\overrightarrow {C D} = \mathbf{p}. Найти вектор EF→\overrightarrow {E F}, соединяющий середины диагоналей ACA C и BDB D.

?
Задача 76

Доказать, что сумма векторов, идущих из центра правильного многоугольника к его вершинам, равна нулю.

?
Задача 77

Доказать, что вектор, идущий из произвольной точки плоскости в центр правильного многоугольника, есть среднее арифметическое векторов, идущих из этой точки к вершинам многоугольника.

?
Задача 78

Зная радиус-векторы rA,rB,rD\mathbf{r}_{A}, \mathbf{r}_{B}, \mathbf{r}_{D} и rA′\mathbf{r}_{A^{\prime }} четырех вершин параллелепипеда ABCDA′B′C′D′A B C D A^{\prime } B^{\prime } C^{\prime } D^{\prime }, найти радиус-векторы четырех остальных его вершин.

?
Задача 79

Радиус-векторы OA→=r1,OB→=r2\overrightarrow {O A} = \mathbf{r}_{1}, \overrightarrow {O B} = \mathbf{r}_{2} и OC→=r3\overrightarrow {O C} = \mathbf{r}_{3} служат ребрами параллелепипеда. Найти радиус-вектор точки пересечения диагонали параллелепипеда, выходящей из вершины OO, с плоскостью, проходящей через вершины A,BA, B и CC.

?
Задача 80

Даны три вектора a=(5,7,2),b=(3,0,4),c=(−6,1,−1)\mathbf{a} = (5,7,2), \mathbf{b} = (3,0,4), \mathbf{c} = (-6,1,-1). Найти векторы:

?
(1)

3a−2b+c3 \mathbf{a}-2 \mathbf{b}+\mathbf{c};

(2)

5a+6b+4c5 \mathbf{a}+6 \mathbf{b}+4 \mathbf{c}.

Задача 81

Представить вектор d\mathbf{d} как линейную комбинацию векторов a,b\mathbf{a}, \mathbf{b} и с в каждом из следующих случаев:

?
(1)

a=(2,3,1),b=(5,7,0),c=(3,−2,4),d=(4,12,−3)\mathbf{a} = (2,3,1), \quad \mathbf{b} = (5,7,0), \quad \mathbf{c} = (3,-2,4), \mathbf{d} = (4,12,-3);

(2)

a=(5,−2,0),b=(0,−3,4),c=(−6,0,1),d=(25,−22,16)\mathbf{a} = (5,-2,0), \mathbf{b} = (0,-3,4), \mathbf{c} = (-6,0,1), \mathbf{d} = (25,-22,16);

(3)

a=(3,5,6),b=(2,−7,1),c=(12,0,6),d=(0,20,18)\mathbf{a} = (3,5,6), \mathbf{b} = (2,-7,1), \mathbf{c} = (12,0,6), \mathbf{d} = (0,20,18).

Задача 82

Установить, в каких из нижеследующих случаев тройки векторов a,b\mathbf{a}, \mathbf{b} и с будут линейно зависимы, и в том случае, когда это возможно, представить вектор с как линейную комбинацию векторов а и b\mathbf{b} :

?
(1)

a=(5,2,1),b=(−1,4,2),c=(−1,−1,6)\mathbf{a} = (5,2,1), \quad \mathbf{b} = (-1,4,2), \quad \mathbf{c} = (-1,-1,6);

(2)

a=(6,4,2),b=(−9,6,3),c=(−3,6,3)\mathbf{a} = (6,4,2), \quad \mathbf{b} = (-9,6,3), \quad \mathbf{c} = (-3,6,3);

(3)

a=(6,−18,12),b=(−8,24,−16),c=(8,7,3)\mathbf{a} = (6,-18,12), \mathbf{b} = (-8,24,-16), \mathbf{c} = (8,7,3).

Задача 83

Показать, что каковы бы ни были три вектора a,b\mathbf{a}, \mathbf{b} и с и три числа λ,μ,v\lambda , \mu , v, векторы λa−μb,vb−λc,μc−νa\lambda \mathbf{a}-\mu \mathbf{b}, v \mathbf{b}-\lambda \mathbf{c}, \mu \mathbf{c}-\nu \mathbf{a} компланарны.

?
Задача 84

Найти проекцию на плоскость OyzO y z вектора (1,3,5)(1,3,5) параллельно вектору (4,−1,3)(4,-1,3).

?
Задача 85

Найти проекцию вектора (7,5,−3)(7,5,-3) на плоскость, определяемую векторами (1,1,1)(1,1,1) и (2,−1,1)(2,-1,1), параллельно вектору (2,−2,1)(2,-2,1).

?
Задача 86

Даны четыре вектора

a=(1,5,3),b=(6,−4,−2),c=(0,−5,7),d=(−20,27,−35)\mathbf{a} = (1,5,3), \quad \mathbf{b} = (6,-4,-2), \quad \mathbf{c} = (0,-5,7), \quad \mathbf{d} = (-20,27,-35).

Подобрать числа α,β\alpha , \beta и γ\gamma так, чтобы векторы αa,βb,γc\alpha \mathbf{a}, \beta \mathbf{b}, \gamma \mathbf{c} и d\mathbf{d} образовывали замкнутую ломаную линию, если начало каждого последующего вектора совместить с концом предыдущего.

?
Задача 87

Найти координаты вершин параллелограмма ABCDA B C D в аффинной системе координат, начало которой находится в центре OO этого параллелограмма, а базисными являются векторы AB→,BO→\overrightarrow {A B}, \overrightarrow {B O}.

?
Задача 88

Найти аффинные координаты вершин правильного шестиугольника ABCDEFA B C D E F, принимая за начало отсчета точку AA, а за базис — пару векторов AB→,BC→\overrightarrow {A B}, \overrightarrow {B C}.

?
Задача 89

В трапеции ABCDA B C D отношение длин оснований ADA D и BCB C равно kk. Принимая за начало координат вершину AA, а за базисные векторы — векторы AD→\overrightarrow {A D} и AB→\overrightarrow {A B}, найти координаты вершин трапеции, точки MM пересечения диагоналей и точки SS пересечения продолжений боковых сторон.

?
Задача 90

Найти координаты вершин тетраэдра OABCO A B C в системе координат с началом в вершине OO, базисными векторами которой являются медианы OD→,OE→,OF→\overrightarrow {O D}, \overrightarrow {O E}, \overrightarrow {O F} граней BOC,COA,AOBB O C, C O A, A O B.

?
Задача 91

Найти координаты вершин тетраэдра ABCDA B C D, принимая точку пересечения PP грани BCDB C D за начало отсчета, а векторы BQ,CRB Q, C R, DSD S — за базисные векторы, где Q,RQ, R и SS — точки пересечения медиан граней ACD,ABDA C D, A B D и ABCA B C соответственно.

?
Задача 92

Найти координаты центра тяжести однородного стержня AOBA O B, согнутого под прямым углом, если длины ∣OA∣=a\left|O A\right| = a и ∣OB∣=b\left|O B\right| = b. Принять за начало координат точку OO, а за единичные векторы осей OxO x и ОуО у — векторы OA→\overrightarrow {O A} и OB→\overrightarrow {O B} соответственно.

?
Задача 93

Найти центр тяжести проволочного треугольника.

?
§
Задача 94

Найти скалярное произведение векторов a\mathbf{a} и b\mathbf{b} в каждом из следующих случаев:

?
(1)

∣a∣=8,∣b∣=5,a,b)^=π/3\left|\mathbf{a}\right| = 8,\left|\mathbf{b}\right| = 5, \widehat{\mathbf{a}, \mathbf{b})} = \pi / 3;

(2)

∣a∣=∣b∣=1,(a,b)^=3π/4\left|\mathbf{a}\right| = \left|\mathbf{b}\right| = 1,(\widehat{\mathbf{a}, \mathbf{b})} = 3 \pi / 4;

(3)

a⊥b\mathbf{a} \perp \mathbf{b};

(4)

∣a∣=3,b=2a\left|\mathbf{a}\right| = 3, \mathbf{b} = 2 \mathbf{a};

(5)

∣a∣=3,b=−a/3\left|\mathbf{a}\right| = 3, \mathbf{b} = -\mathbf{a} / 3.

Задача 95

В треугольнике ABCA B C даны длины сторон ∣BC∣=5,∣CA∣=6\left|B C\right| = 5,\left|C A\right| = 6, ∣AB∣=7\left|A B\right| = 7. Найти скалярное произведение векторов AB→\overrightarrow {A B} и BC→\overrightarrow {B C}.

?
Задача 96

Используя лишь свойства билинейности и симметричности скалярного произведения, найти угол α\alpha при вершине равнобедренного треугольника, зная, что медианы, проведенные из концов основания этого треугольника, взаимно перпендикулярны.

?
Задача 97

Доказать, что векторы p=a(b,c)−b(a,c)\mathbf{p} = \mathbf{a}(\mathbf{b}, \mathbf{c})-\mathbf{b}(\mathbf{a}, \mathbf{c}) и с перпендикулярны друг другу.

?
Задача 98

Какой угол образуют единичные векторы s\mathbf{s} и \vectt\vect {t}, если известно, что векторы p=s+2t\mathbf{p} = \mathbf{s}+2 \mathbf{t} и q=5s−4t\mathbf{q} = 5 \mathbf{s}-4 \mathbf{t} взаимно перпендикулярны?

?
Задача 99

Дан равносторонний треугольник ABCA B C, у которого длины сторон равны 1. Полагая BC→=a,CA→=b,AB→=c\overrightarrow {B C} = \mathbf{a}, \overrightarrow {C A} = \mathbf{b}, \overrightarrow {A B} = \mathbf{c}, вычислить значение выражения (a,b)+(b,c)+(c,a)(\mathbf{a}, \mathbf{b})+(\mathbf{b}, \mathbf{c})+(\mathbf{c}, \mathbf{a}) с помощью свойств скалярного произведения.

?
Задача 100

В треугольнике ABCA B C проведены медианы AD,BEA D, B E и CFC F. Вычислить (BC→,AD→)+(CA→,BE→)+(AB→,CF→)(\overrightarrow {B C}, \overrightarrow {A D})+(\overrightarrow {C A}, \overrightarrow {B E})+(\overrightarrow {A B}, \overrightarrow {C F}).

?
Задача 101

В прямоугольном треугольнике ABCA B C опущен перпендикуляр CHC H на гипотенузу ABA B. Выразить вектор CH→\overrightarrow {C H} через векторы a=CB→\mathbf{a} = \overrightarrow {C B} и b=CA→\mathbf{b} = \overrightarrow {C A}.

?
Задача 102

Дан прямоугольник ABCDA B C D и точка MM (которая может лежать как в плоскости прямоугольника, так и вне ее). Показать, что:

?
(1)

скалярное произведение векторов, идущих от точки MM к двум противоположным вершинам прямоугольника, равно скалярному произведению векторов, идущих от той же точки к двум другим вершинам, т. е. (MA→,MC→)=(MB→,MD→)(\overrightarrow {M A}, \overrightarrow {M C}) = (\overrightarrow {M B}, \overrightarrow {M D});

(2)

сумма скалярных квадратов векторов одной пары равна сумме скалярных квадратов другой пары, т. е.

MA→2+MC→2=MB→2+MD→2 \overrightarrow {M A}^{2}+\overrightarrow {M C}^{2} = \overrightarrow {M B}^{2}+\overrightarrow {M D}^{2}
Задача 103

В треугольнике ABCA B C точка DD делит сторону ABA B в отношении AD→:DB→=λ\overrightarrow {A D}: \overrightarrow {D B} = \lambda. Выразить длину отрезка CDC D через длины сторон треугольника и число λ\lambda.

?
Задача 104

Доказать, что при любом расположении точек A,B,C,DA, B, C, D на плоскости или в пространстве имеет место равенство

(BC→,AD→)+(CA→,BD→)+(AB→,CD→)=0 (\overrightarrow {B C}, \overrightarrow {A D})+(\overrightarrow {C A}, \overrightarrow {B D})+(\overrightarrow {A B}, \overrightarrow {C D}) = 0
?
Задача 105

Доказать, что в правильном тетраэдре отрезок, соединяющий середины противоположных ребер, является их общим перпендикуляром.

?
Задача 106

Доказать, что если в тетраэдре ABCDA B C D ребро ABA B перпендикулярно CDC D, а ACA C перпендикулярно BDB D, то ребра ADA D и BCB C также перпендикулярны.

?
Задача 107

Вычислить длину диагонали ODO D параллелепипеда, зная длины a=∣OA∣,b=∣OB∣,c=∣OC∣a = \left|O A\right|, b = \left|O B\right|, c = \left|O C\right| трех ребер, выходящих из той же вершины, и плоские углы α=∠BOC,β=∠AOC,γ=∠AOB\alpha = \angle B O C, \beta = \angle A O C, \gamma = \angle A O B между ними.

?
Задача 108

Вычислить скалярное произведение векторов a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, заданных своими координатами, в каждом из нижеследующих случаев:

?
(1)

a=(3,5,7),b=(−2,6,1)\mathbf{a} = (3,5,7), \mathbf{b} = (-2,6,1);

(2)

a=(3,0,1),b=(3,−2,4)\mathbf{a} = (3,0,1), \mathbf{b} = (3,-2,4);

(3)

a=(2,5,1),b=(3,−2,4)\mathbf{a} = (2,5,1), \mathbf{b} = (3,-2,4).

Задача 109

Вычислить скалярное произведение векторов AB→\overrightarrow {A B} и AC→\overrightarrow {A C} :

?
(1)

A(2,3),B(3,−1),C(−1,4)A(2,3), B(3,-1), C(-1,4);

(2)

A(1,−1,3),B(3,2,0),C(−1,4,1)A(1,-1,3), B(3,2,0), C(-1,4,1).

Задача 110

Определить угол α\alpha между двумя векторами a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, заданными своими координатами, в каждом из нижеследующих случаев:

?
(1)

a=(8,4,1),b=(2,−2,1)\mathbf{a} = (8,4,1), \mathbf{b} = (2,-2,1);

(2)

a=(2,5,4),b=(6,0,−3)\mathbf{a} = (2,5,4), \mathbf{b} = (6,0,-3).

Задача 111

Используя лишь свойства билинейности и симметричности, доказать, что ортогональная проекция вектора а на направление вектора b\mathbf{b} равна (a,b)(b,b)⋅b\frac{(\mathbf{a}, \mathbf{b})}{(\mathbf{b}, \mathbf{b})} \cdot \mathbf{b}.

?
Задача 112

Найти единичный вектор, имеющий то же направление, что и вектор a=(−8,4,1)\mathbf{a} = (-8,4,1).

?
Задача 113

Вычислить ортогональную проекцию вектора (1,5,−3(1,5,-3) на направление вектора (1,−2,1)(1,-2,1).

?
Задача 114

Найти алгебраическую величину проекции вектора (8,4,1)(8,4,1) на ось, параллельную вектору (−2,2,−1)(-2,2,-1).

?
Задача 115

Из одной точки проведены вектор a=(−3,0,4\mathbf{a} = (-3,0,4) и вектор b=(5,−2,−14)\mathbf{b} = (5,-2,-14). Найти единичный вектор, который, будучи отложен от той же точки, делит пополам угол между векторами а и b\mathbf{b}.

?
Задача 116

Даны вершины треугольника ABC:A(1,2,−1),B(2,−1,3)A B C: A(1,2,-1), B(2,-1,3), C(−4,7,5)C(-4,7,5). Найти вектор, направленный по биссектрисе его внутреннего угла BB.

?
Задача 117

Даны два вектора a=(8,4,1),b=(2,−2,1)\mathbf{a} = (8,4,1), \mathbf{b} = (2,-2,1). Найти вектор c\mathbf{c}, перпендикулярный вектору а, равный ему по длине, компланарный с векторами a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, образующий с вектором b\mathbf{b} острый угол.

?
Задача 118

К вершине куба приложены три силы, равные по величине 1, 2,3 и направленные по диагоналям граней куба, проходящим через эту вершину. Найти величину равнодействующей этих трех сил.

?
Задача 119

Найти координаты вектора, если известно, что он перпендикулярен векторам (2,4,−3)(2,4,-3) и (−1,4,6)(-1,4,6), образует с осью Оу тупой угол и его длина равна 13.

?
Задача 120

Даны три вектора a=(−3,2,0),b=(1,1,−1),c=(5,11,−1)\mathbf{a} = (-3,2,0), \mathbf{b} = (1,1,-1), \mathbf{c} = (5,11,-1). Найти ортогональную проекцию вектора с на плоскость, определяемую векторами а и b.

?
Задача 121

Найти ортогональную проекцию вектора c=(0,2,1)\mathbf{c} = (0,2,1) на плоскость, определяемую векторами a=(1,1,1)\mathbf{a} = (1,1,1) и b=(2,−1,2)\mathbf{b} = (2,-1,2), и вычислить угол между вектором с и его проекцией.

?
§
Задача 122

На плоскости дан базис e1,e2\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}. Принимая его ориентацию за положительную, определить ориентацию следующих базисов:

?
(1)

e2,e1\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{1};

(2)

−e1,e2-\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2};

(3)

e2,−e1\mathbf{e}_{2},-\mathbf{e}_{1}.

Задача 123

На плоскости даны четыре ненулевых вектора a, b, c, d. Известно, что углы (a,c^)(\widehat{\mathbf{a}, \mathbf{c}}) и (b,d^)(\widehat{\mathbf{b}, \mathbf{d}}) прямые, (a,d^)(\widehat{\mathbf{a}, \mathbf{d}}) и (b,c^)(\widehat{\mathbf{b}, \mathbf{c}}) — острые. Одинаковую или противоположную ориентацию имеют пары a,b\mathbf{a}, \mathbf{b} и c,d\mathbf{c}, \mathbf{d}?

?
Задача 124

Используя лишь свойства билинейности и антисимметричности ориентированной площади, доказать, что отношение ориентированных площадей Sor (u,v)S_{\text{or }}(\mathbf{u}, \mathbf{v}) и Sor (a,b)S_{\text{or }}(\mathbf{a}, \mathbf{b}) равно

Sor(u,v)Sor(a,b)=[c11c12c21c22] \frac{S_{\mathrm{or}}(\mathbf{u}, \mathbf{v})}{S_{\mathrm{or}}(\mathbf{a}, \mathbf{b})} =\left[\begin{smallmatrix} c_{11} & c_{12} \\ c_{21} & c_{22} \end{smallmatrix}\right]

где

u=c11a+c21b,v=c12a+c22b \mathbf{u} = c_{11} \mathbf{a}+c_{21} \mathbf{b}, \quad \mathbf{v} = c_{12} \mathbf{a}+c_{22} \mathbf{b}

В каких аффинных системах координат можно пользоваться формулой (1.1)?

?
Задача 125

Дан вектор a=(−5,2)\mathbf{a} = (-5,2). Найти вектор b\mathbf{b}, перпендикулярный вектору a, равный ему по длине и направленный так, что векторы a\mathbf{a} и b\mathbf{b} образуют пару той же ориентации, что и единичные векторы осей OxO x и OyO y.

?
Задача 126

Доказать, что

Sor (△ABC)=Sor (△BCA)=−Sor (△BAC) S_{\text{or }}(\triangle A B C) = S_{\text{or }}(\triangle B C A) = -S_{\text{or }}(\triangle B A C)
?
Задача 127

С помощью свойств ориентированной площади доказать, что площадь треугольника, составленного из медиан треугольника ABCA B C, равна 3/43 / 4 площади треугольника ABCA B C.

?
Задача 128

Даны три точки на плоскости: A(−2,3),B(2,1),C(5,−3)A(-2,3), B(2,1), C(5,-3). Найти площадь SS треугольника ABCA B C и длину hh высоты, опущенной на сторону BCB C.

?
Задача 129

Стороны BC,CAB C, C A и ABA B треугольника ABCA B C разделены точками P,Q,RP, Q, R в отношениях

BP→:PC→=λ,CQ→:QA→=μ,AR→:RB→=v \overrightarrow {B P}: \overrightarrow {P C} = \lambda , \quad \overrightarrow {C Q}: \overrightarrow {Q A} = \mu , \quad \overrightarrow {A R}: \overrightarrow {R B} = v

Найти отношение площади ориентированного треугольника PQRP Q R к площади ориентированного треугольника ABCA B C.

?
Задача 130

Стороны BC,CAB C, C A и ABA B треугольника ABCA B C разделены точками P,Q,RP, Q, R в отношениях

BP→:PC→=λ,CQ→:QA→=μ,AR→:RB→=v \overrightarrow {B P}: \overrightarrow {P C} = \lambda , \quad \overrightarrow {C Q}: \overrightarrow {Q A} = \mu , \quad \overrightarrow {A R}: \overrightarrow {R B} = v

Пусть A′,B′,C′A^{\prime }, B^{\prime }, C^{\prime } — точки пересечения пар прямых BQB Q и CR,CRC R, C R и APA P, APA P и BQB Q. Найти отношение площади ориентированного треугольника A′B′C′A^{\prime } B^{\prime } C^{\prime } к площади ориентированного треугольника ABCA B C. Чему равно это отношение в случае λ=μ=ν=2\lambda = \mu = \nu = 2?

?
Задача 131

Найти угол от вектора a до вектора b\mathbf{b}, если:

?
(1)

a=(1,1),b=(−1,2)\mathbf{a} = (1,1), \quad \mathbf{b} = (-1,2)

(2)

a=(−1,1),b=(1,1)\mathbf{a} = (-1,1), \mathbf{b} = (1,1);

(3)

a=(3,2),b=(2,1)\mathbf{a} = (3,2), \mathbf{b} = (2,1).

Задача 132

В пространстве дан базис e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}. Принимая его ориентацию за положительную, определить ориентацию следующих базисов:

?
(1)

e2,e1,e3\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{3};

(2)

e2,e3,e1\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}, \mathbf{e}_{1};

(3)

e1,−e2,e3\mathbf{e}_{1},-\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}.

Задача 133

В пространстве даны два базиса e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3} и f1,f2,f3\mathbf{f}_{1}, \mathbf{f}_{2}, \mathbf{f}_{3}. Известно, что угол (ei,fj^)(\widehat{\mathbf{e}_{i}, \mathbf{f}_{j}}) острый, если i=ji = j, и прямой в противном случае.

Выяснить, имеют ли данные базисы одинаковую или противоположную ориентацию.

?
Задача 134

В пространстве даны четыре вектора OA→(1,1,1),OB→(2,−1,2)\overrightarrow {O A}(1,1,1), \overrightarrow {O B}(2,-1,2), OC→(0,2,1)\overrightarrow {O C}(0,2,1) и OD→(2,−2,1)\overrightarrow {O D}(2,-2,1). Лежит ли луч ODO D внутри или вне трехгранного угла OABCO A B C?

?
Задача 135

Найти вектор OM→\overrightarrow {O M}, образующий равные острые углы с лучами OA→(1,2,2),OB→(0,3,4)\overrightarrow {O A}(1,2,2), \overrightarrow {O B}(0,3,4) и OC→(−2,−1,2)\overrightarrow {O C}(-2,-1,2). Лежит ли луч OM→\overrightarrow {O M} внутри или вне трехгранного угла OABCO A B C?

?
Задача 136

Зная векторное произведение с векторов a\mathbf{a} и b\mathbf{b}, найти:

?
(1)

[a+b,a−b][\mathbf{a}+\mathbf{b}, \mathbf{a}-\mathbf{b}];

(2)

[a,a+b][\mathbf{a}, \mathbf{a}+\mathbf{b}];

(3)

[a+b2,b−a2]\left[\frac{\mathbf{a}+\mathbf{b}}{2}, \mathbf{b}-\frac{\mathbf{a}}{2}\right].

Задача 137

Показать, что если три вектора a,b\mathbf{a}, \mathbf{b}, c не коллинеарны, то равенства [a,b]=[b,c]=[c,a][\mathbf{a}, \mathbf{b}] = [\mathbf{b}, \mathbf{c}] = [\mathbf{c}, \mathbf{a}] равносильны выполнению соотношения a+b+c=0\mathbf{a}+\mathbf{b}+\mathbf{c} = \mathbf{0}.

?
Задача 138

Доказать, что если

[a,b]+[b,c]+[c,a]=0 [\mathbf{a}, \mathbf{b}]+[\mathbf{b}, \mathbf{c}]+[\mathbf{c}, \mathbf{a}] = 0

то векторы a, b и с компланарны.

?
Задача 139

Из одной точки проведены три некомпланарных вектора a, b, c. Показать, что плоскость, проходящая через концы этих векторов, перпендикулярна к вектору [a,b]+[b,c]+[c,a][\mathbf{a}, \mathbf{b}]+[\mathbf{b}, \mathbf{c}]+[\mathbf{c}, \mathbf{a}].

?
Задача 140

Показать, что если векторы [a,b],[b,c],[c,a][\mathbf{a}, \mathbf{b}],[\mathbf{b}, \mathbf{c}],[\mathbf{c}, \mathbf{a}] компланарны, то они коллинеарны.

?
Задача 141

В ориентированном пространстве даны два взаимно перпендикулярных вектора a и b\mathbf{b}. Найти вектор c, получающийся из вектора b\mathbf{b} поворотом на π/2\pi / 2 вокруг вектора a\mathbf{a} так, чтобы ориентация тройки векторов a,b\mathbf{a}, \mathbf{b} и с была положительной.

?
Задача 142

В ориентированном пространстве даны два ненулевых вектора a\mathbf{a} и b\mathbf{b}. Найти вектор c\mathbf{c}, полученный из b\mathbf{b} поворотом на угол φ\varphi в положительном направлении вокруг вектора a\mathbf{a}, т.е. так, чтобы тройка a,b,c\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c} была положительной при 0<φ<π0 < \varphi < \pi и отрицательной при π<φ<2π\pi < \varphi < 2 \pi.

?
Задача 143

Найти векторное произведение [a,b][\mathbf{a}, \mathbf{b}] в каждом из нижеследующих случаев:

?
(1)

a=(2,3,1),b=(5,6,4)\mathbf{a} = (2,3,1), \quad \mathbf{b} = (5,6,4);

(2)

a=(5,−2,1),b=(4,0,6)\mathbf{a} = (5,-2,1), \mathbf{b} = (4,0,6);

(3)

a=(−2,6,−4),b(3,−9,6)\mathbf{a} = (-2,6,-4), \mathbf{b}(3,-9,6).

Задача 144

Найти векторное произведение [AB→,AC→][\overrightarrow {A B}, \overrightarrow {A C}] :

?
(1)

A(1,−1,3),B(3,2,0),C(−1,4,1)A(1,-1,3), B(3,2,0), \quad C(-1,4,1);

(2)

A(3,2,−1),B(2,−1,3),C(−1,3,2)A(3,2,-1), B(2,-1,3), C(-1,3,2).

Задача 145

Вычислить площадь параллелограмма, построенного на векторах a=(8,4,1),b=(2,−2,1)\mathbf{a} = (8,4,1), \mathbf{b} = (2,-2,1).

?
Задача 146

Даны точки в пространстве: A(2,−1,3),B(3,1,5),C(−1,3,2)A(2,-1,3), B(3,1,5), C(-1,3,2). Найти площадь SS треугольника ABCA B C и длину hh высоты, опущенной на сторону ABA B.

?
Задача 147

Даны векторы a=(3,1,2),b=(2,7,4),c=(1,2,1)\mathbf{a} = (3,1,2), \mathbf{b} = (2,7,4), \mathbf{c} = (1,2,1). Найти:

?
(1)

(a, b, c);

(2)

[[a,b],c][[\mathbf{a}, \mathbf{b}], \mathbf{c}];

(3)

[a,[b,c]][\mathbf{a},[\mathbf{b}, \mathbf{c}]].

Задача 148

Даны два вектора a=(11,10,2)\mathbf{a} = (11,10,2) и b=(4,0,3)\mathbf{b} = (4,0,3). Найти вектор с длины 1, перпендикулярный векторам а и b\mathbf{b} и направленный так, чтобы тройка векторов a,b,c\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c} была положительной.

?
Задача 149

Даны два вектора a=(1,1,1)\mathbf{a} = (1,1,1) и b=(1,0,0)\mathbf{b} = (1,0,0). Найти единичный вектор с, перпендикулярный вектору a\mathbf{a}, образующий с вектором b\mathbf{b} угол π/3\pi / 3 и направленный так, чтобы тройка векторов a,b\mathbf{a}, \mathbf{b} и c\mathbf{c} была положительной.

?
Задача 150

Доказать, что площадь выпуклого плоского четырехугольника ABCDA B C D в пространстве равна половине длины векторного произведения [AC→,BD→][\overrightarrow {A C}, \overrightarrow {B D}].

?
Задача 151

В правильном тетраэдре ABCDA B C D проведены два сечения, параллельные ребрам ACA C и BDB D. Найти длину ребра тетраэдра, если площади сечений равны S1S_{1} и S2S_{2}, а расстояние между секущими плоскостями равно dd.

?
Задача 152

Доказать, что для любых двух векторов a\mathbf{a} и b\mathbf{b} имеет место равенство ([a,b])2=a2b2−(a,b)2([\mathbf{a}, \mathbf{b}])^{2} = \mathbf{a}^{2} \mathbf{b}^{2}-(\mathbf{a}, \mathbf{b})^{2}.

?
Задача 153

Доказать, что для произвольных вектора а и перпендикулярных векторов b\mathbf{b} и с имеет место равенство [[a,b],c]=b(a,c)[[\mathbf{a}, \mathbf{b}], \mathbf{c}] = \mathbf{b}(\mathbf{a}, \mathbf{c}).

?
Задача 154

Доказать, что для произвольных векторов a,b,c\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c} в пространстве имеют место равенства:

?
(1)

[a,[b,c]]=b(a,c)−c(a,b)[\mathbf{a},[\mathbf{b}, \mathbf{c}]] = \mathbf{b}(\mathbf{a}, \mathbf{c})-\mathbf{c}(\mathbf{a}, \mathbf{b});

(2)

[[a,b],c]=b(a,c)−a(b,c)[[\mathbf{a}, \mathbf{b}], \mathbf{c}] = \mathbf{b}(\mathbf{a}, \mathbf{c})-\mathbf{a}(\mathbf{b}, \mathbf{c}).

Задача 155

Доказать, что для произвольных трех векторов a,b,c\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c} выполняется тождество Якоби

[a,[b,c]]+[b,[c,a]]+[c,[a,b]]=0 [\mathbf{a},[\mathbf{b}, \mathbf{c}]]+[\mathbf{b},[\mathbf{c}, \mathbf{a}]]+[\mathbf{c},[\mathbf{a}, \mathbf{b}]] = 0
?
Задача 156

Для любых трех векторов a,b,c\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c} доказать равенство

[[a,b],[a,c]]=(a,b,c)a [[\mathbf{a}, \mathbf{b}],[\mathbf{a}, \mathbf{c}]] = (\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c}) \mathbf{a}
?
Задача 157

Доказать, что для любых четырех векторов a, b, c, d справедливы равенства

[[a,b],[c,d]]=c(a,b,d)−d(a,b,c)=b(a,c,d)−a(b,c,d) [[\mathbf{a}, \mathbf{b}],[\mathbf{c}, \mathbf{d}]] = \mathbf{c}(\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{d})-\mathbf{d}(\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c}) = \mathbf{b}(\mathbf{a}, \mathbf{c}, \mathbf{d})-\mathbf{a}(\mathbf{b}, \mathbf{c}, \mathbf{d})
?
Задача 158

Доказать тождества:

?
(1)

([a,b],[b,c],[c,a])=(a,b,c)2([\mathbf{a}, \mathbf{b}],[\mathbf{b}, \mathbf{c}],[\mathbf{c}, \mathbf{a}]) = (\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c})^{2};

(2)

([a,b],[c,d])=[(a,c)(a,d)(b,c)(b,d)]([\mathbf{a}, \mathbf{b}],[\mathbf{c}, \mathbf{d}]) =\left[\begin{smallmatrix} (\mathbf{a}, \mathbf{c}) & (\mathbf{a}, \mathbf{d}) \\ (\mathbf{b}, \mathbf{c}) & (\mathbf{b}, \mathbf{d})\end{smallmatrix}\right];

(3)

([a,b],[c,d])+([a,c],[d,b])+([a,d],[b,c])=0([\mathbf{a}, \mathbf{b}],[\mathbf{c}, \mathbf{d}])+([\mathbf{a}, \mathbf{c}],[\mathbf{d}, \mathbf{b}])+([\mathbf{a}, \mathbf{d}],[\mathbf{b}, \mathbf{c}]) = 0;

(4)

(a,b,c)[x,y]=[abc(a,x)(b,x)(c,x)(a,y)(b,y)(c,y)](\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c})[\mathbf{x}, \mathbf{y}] =\left[\begin{smallmatrix} \mathbf{a} & \mathbf{b} & \mathbf{c} \\ (\mathbf{a}, \mathbf{x}) & (\mathbf{b}, \mathbf{x}) & (\mathbf{c}, \mathbf{x}) \\ (\mathbf{a}, \mathbf{y}) & (\mathbf{b}, \mathbf{y}) & (\mathbf{c}, \mathbf{y})\end{smallmatrix}\right];

(5)

(a,b,c)(x,y,z)=[(a,x)(b,x)(c,x)(a,y)(b,y)(c,y)(a,z)(b,z)(c,z)](\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c})(\mathbf{x}, \mathbf{y}, \mathbf{z}) =\left[\begin{smallmatrix} (\mathbf{a}, \mathbf{x}) & (\mathbf{b}, \mathbf{x}) & (\mathbf{c}, \mathbf{x}) \\ (\mathbf{a}, \mathbf{y}) & (\mathbf{b}, \mathbf{y}) & (\mathbf{c}, \mathbf{y}) \\ (\mathbf{a}, \mathbf{z}) & (\mathbf{b}, \mathbf{z}) & (\mathbf{c}, \mathbf{z})\end{smallmatrix}\right];

(6)

(a,b,c)2=[(a,a)(b,a)(c,a)(a,b)(b,b)(c,b)(a,c)(b,c)(c,c)](\mathbf{a}, \mathbf{b}, \mathbf{c})^{2} =\left[\begin{smallmatrix} (\mathbf{a}, \mathbf{a}) & (\mathbf{b}, \mathbf{a}) & (\mathbf{c}, \mathbf{a}) \\ (\mathbf{a}, \mathbf{b}) & (\mathbf{b}, \mathbf{b}) & (\mathbf{c}, \mathbf{b}) \\ (\mathbf{a}, \mathbf{c}) & (\mathbf{b}, \mathbf{c}) & (\mathbf{c}, \mathbf{c})\end{smallmatrix}\right].

Задача 159

Доказать, что все четыре грани произвольного тетраэдра равновелики тогда и только тогда, когда они конгруэнтны.

?
Задача 160

Даны вершины тетраэдра: A(2,3,1),B(4,1,−2),C(6,3,7)A(2,3,1), B(4,1,-2), C(6,3,7), D(−5,−4,8)D(-5,-4,8). Найти длину hh его высоты, опущенной из вершины DD.

?
Задача 161

В треугольной пирамиде ребра, выходящие из вершины SS, имеют длину 1, а плоские углы граней при вершине SS равны π/4\pi / 4, π/4\pi / 4 и π/3\pi / 3. Найти площадь основания пирамиды.

?
Задача 162

Доказать, что равенство [[a,b],c]=[a,[b,c]][[\mathbf{a}, \mathbf{b}], \mathbf{c}] = [\mathbf{a},[\mathbf{b}, \mathbf{c}]] имеет место тогда и только тогда, когда выполнено по крайней мере одно из двух условий:

?
(1)

(a,b)=(b,c)=0(\mathbf{a}, \mathbf{b}) = (\mathbf{b}, \mathbf{c}) = 0;

(2)

векторы а и с коллинеарны.

Задача 163
?
(1)

В плоскости векторов ff и е найти векторы, ортогональные ке.

(2)

Найти разложение вектора f\mathbf{f} по направлению вектора е и направлению, перпендикулярному к вектору е (в плоскости векторов f и е).

Задача 164

Даны три некомпланарных вектора a, b, c. Найти вектор x, удовлетворяющий системе уравнений

?
(1)

(a,x)=α,(b,x)=β,(c,x)=γ(\mathbf{a}, \mathbf{x}) = \alpha ,(\mathbf{b}, \mathbf{x}) = \beta ,(\mathbf{c}, \mathbf{x}) = \gamma;

(2)

(x,a,b)=γ,(x,b,c)=α,(x,c,a)=β(\mathbf{x}, \mathbf{a}, \mathbf{b}) = \gamma ,(\mathbf{x}, \mathbf{b}, \mathbf{c}) = \alpha ,(\mathbf{x}, \mathbf{c}, \mathbf{a}) = \beta.

Задача 165

Даны радиус-векторы OA→=r1,OB→=r2,OC→=r3\overrightarrow {O A} = \mathbf{r}_{1}, \overrightarrow {O B} = \mathbf{r}_{2}, \overrightarrow {O C} = \mathbf{r}_{3} точек A,B,CA, B, C. Известно, что векторы r2\mathbf{r}_{2} и r3\mathbf{r}_{3} неколлинеарны. Из точки AA опущен перпендикуляр AMA M на плоскость OBCO B C. Найти радиус-вектор точки MM.

?
Задача 166

Две тройки некомпланарных векторов a1,a2,a3\mathbf{a}_{1}, \mathbf{a}_{2}, \mathbf{a}_{3} и a1,a2,a3\mathbf{a}^{1}, \mathbf{a}^{2}, \mathbf{a}^{3} называются взаимными, если векторы этих троек связаны соотношениями

(ai,aj)={0, если i≠j1, если i=j \left(\mathbf{a}_{i}, \mathbf{a}^{j}\right) = \begin{cases} 0, & \text{ если } i \neq j \\ 1, & \text{ если } i = j\end{cases}

Для данной тройки некомпланарных векторов a1,a2,a3\mathbf{a}_{1}, \mathbf{a}_{2}, \mathbf{a}_{3} найти векторы a1,a2,a3\mathbf{a}^{1}, \mathbf{a}^{2}, \mathbf{a}^{3} ее взаимной тройки.

?
Задача 167

Даны плоские углы ∠BOC=α,∠COA=β,∠AOB=γ\angle B O C = \alpha , \angle C O A = \beta , \angle A O B = \gamma трехгранного угла OABCO A B C. Вычислить косинусы его внутренних двугранных углов A,B,CA, B, C, противолежащих граням BOC,COA,AOBB O C, C O A, A O B.

Даны внутренние двугранные углы A,B,CA, B, C. Вычислить косинусы его плоских углов α,β,γ\alpha , \beta , \gamma.

Доказать, что

sin⁡αsin⁡A=sin⁡βsin⁡B=sin⁡γsin⁡C \frac{\sin \alpha }{\sin A} = \frac{\sin \beta }{\sin B} = \frac{\sin \gamma }{\sin C}

(теорема синусов в сферической геометрии).

?
Задача 168

Вычислить объем параллелепипеда, зная длины a,b,ca, b, c трех его ребер, выходящих из одной вершины, и α,β,γ\alpha , \beta , \gamma — углы между ними.

?
Задача 169

Доказать формулы сферической геометрии:

sin⁡αsin⁡γcos⁡B=cos⁡β−cos⁡αcos⁡γsin⁡Asin⁡Ccos⁡β=cos⁡B+cos⁡Acos⁡C \begin{aligned} & \sin \alpha \sin \gamma \cos B = \cos \beta -\cos \alpha \cos \gamma \\ & \sin A \sin C \cos \beta = \cos B+\cos A \cos C \end{aligned}

где α,β,γ\alpha , \beta , \gamma-длины сторон треугольника на единичной сфере; A,BA, B, CC — соответствующие противолежащие углы.

?
Задача 170

Вычислить объем треугольной пирамиды с боковыми ребрами a,b,ca, b, c и двугранными углами α,β,γ\alpha , \beta , \gamma при этих ребрах.

?
§
Задача 171

Выразить через метрические коэффициенты g11=(e1,e1)g_{11} = \left(\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{1}\right), g12=(e1,e2),g22=(e2,e2)g_{12} = \left(\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}\right), g_{22} = \left(\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{2}\right) длины базисных векторов, угол ω\omega между ними и площадь SS параллелограмма, построенного на векторах e1,e2\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}.

?
Задача 172

Найти длину вектора a=(x,y)\mathbf{a} = (x, y), зная метрические коэффициенты g11,g12,g22g_{11}, g_{12}, g_{22} базиса e1,e2\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}.

?
Задача 173

Найти косинус угла φ\varphi между векторами (x1,y1)\left(x_{1}, y_{1}\right) и (x2,y2)\left(x_{2}, y_{2}\right), зная метрические коэффициенты g11,g12,g22g_{11}, g_{12}, g_{22} базиса e1,e2\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}.

?
Задача 174

Выразить через метрические коэффициенты gij=(ei,ej)g_{i j} = \left(\mathbf{e}_{i}, \mathbf{e}_{j}\right) объем VV параллелепипеда, построенного на векторах e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}.

?
Задача 175

Зная матрицу Грама G=(gij)G = \left(g_{i j}\right) базиса e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}, найти объем VV параллелепипеда, построенного на векторах (x1,x2,x3),(y1,y2,y3)\left(x_{1}, x_{2}, x_{3}\right),\left(y_{1}, y_{2}, y_{3}\right), (z1,z2,z3)\left(z_{1}, z_{2}, z_{3}\right).

?
Задача 176

Вычислить объем призмы, построенной на векторах (−1,0,2)(-1,0,2), (1,1,3)(1,1,3) и (2,−1,1)(2,-1,1), заданных относительно базиса e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}, если известно, что ∣e1∣=1,∣e2∣=2,∣e3∣=3,(e1,e2^)=2π/3\left|\mathbf{e}_{1}\right| = 1,\left|\mathbf{e}_{2}\right| = 2,\left|\mathbf{e}_{3}\right| = 3,\left(\widehat{\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}}\right) = 2 \pi / 3, (e1,e3^)=π/4\left(\widehat{\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{3}}\right) = \pi / 4, (e2,e3^)=3π/4\left(\widehat{\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}}\right) = 3 \pi / 4.

?
Задача 177

Найти косинусы углов φ1,φ2,φ3\varphi_{1}, \varphi_{2}, \varphi_{3}, образованных вектором a=(x1,x2,x3)\mathbf{a} = \left(x_{1}, x_{2}, x_{3}\right) с базисными векторами e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}, если ∣e1∣=∣e2∣=∣e3∣=1\left|\mathbf{e}_{1}\right| = \left|\mathbf{e}_{2}\right| = \left|\mathbf{e}_{3}\right| = 1 и (e1,e2^)=ω12,(e2,e3^)=ω23,(e3,e1^)=ω31\left(\widehat{\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}}\right) = \omega_{12},\left(\widehat{\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}}\right) = \omega_{23},\left(\widehat{\mathbf{e}_{3}, \mathbf{e}_{1}}\right) = \omega_{31}.

?
Задача 178

Найти скалярное произведение векторов, один из которых задан своими координатами (x1,x2,x3)(x^{1}, x^{2}, x^{3}) в базисе e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}, а другой — координатами (y1,y2,y3)(y_{1}, y_{2}, y_{3}) в базисе e1,e2,e3\mathbf{e}^{1}, \mathbf{e}^{2}, \mathbf{e}^{3}, взаимном с базисом e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3} (см. задачу 166).

?
Задача 179

Зная матрицу Грама G=(gij)G = \left(g_{i j}\right) базиса e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}, найти метрические коэффициенты gijg^{i j} для взаимного базиса e1,e2,e3\mathbf{e}^{1}, \mathbf{e}^{2}, \mathbf{e}^{3}.

?
Задача 180

Относительно базиса e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3} с метрическими коэффициентами gijg_{i j} дан вектор x=(x1,x2,x3)\mathbf{x} = \left(x^{1}, x^{2}, x^{3}\right). Найти координаты (x1,x2,x3)\left(x_{1}, x_{2}, x_{3}\right) этого вектора в базисе, взаимном с данным.

?
Задача 181

Длины векторов базиса e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3} равны 1, а углы между ними равны π/3\pi / 3. Найти длины векторов взаимного базиса e1,e2,e3\mathbf{e}^{1}, \mathbf{e}^{2}, \mathbf{e}^{3} и углы между ними.

?
Задача 182

Относительно положительно ориентированного базиса e1\mathbf{e}_{1}, e2,e3\mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3} даны координаты векторов a\mathbf{a} и b:a=(x1,x2,x3),b=(y1,y2,y3)\mathbf{b}: \mathbf{a} = \left(x^{1}, x^{2}, x^{3}\right), \mathbf{b} = \left(y^{1}, y^{2}, y^{3}\right). Найти координаты (z1,z2,z3\left(z_{1}, z_{2}, z_{3}\right.) векторного произведения [a,b][\mathbf{a}, \mathbf{b}] в базисе e1,e2,e3\mathbf{e}^{1}, \mathbf{e}^{2}, \mathbf{e}^{3}, взаимном с базисом e1,e2,e3\mathbf{e}_{1}, \mathbf{e}_{2}, \mathbf{e}_{3}.

?
Задача 183

Даны метрические коэффициенты g11=2,g12=g22=1g_{11} = 2, g_{12} = g_{22} = 1 некоторого базиса на плоскости. В системе координат, связанной с этим базисом, даны уравнения двух прямых x+y+1=0x+y+1 = 0 и x−2y+3=0x-2 y+3 = 0. Найти угол между этими прямыми.

?
Задача 184

Относительно аффинной системы координат в пространстве даны две плоскости x+y=0x+y = 0 и z=1z = 1. Вычислить угол между ними, если известно, что базисные векторы данной системы имеют длину 1, а угол между любыми двумя из них равен π/3\pi / 3.

?
Задача 185

При каких условиях на числа g11,g12,g21,g21g_{11}, g_{12}, g_{21}, g_{21} матрица

G=[g11g12g21g22] G =\left[\begin{smallmatrix} g_{11} & g_{12} \\ g_{21} & g_{22} \end{smallmatrix}\right]

может быть матрицей Грама какого-либо базиса на плоскости?

?