Zložky súradnice vektora
Rozklad vektora na zložky je opačná operácia ako súčet vektorov. V rovine možno vektor rozložiť na dve zložky, t.j. na dva vektory do vopred určených smerov. Sčítaním zložiek vznikne pôvodný vektor. Na obr. 1.1.4.1 je znázornený rozklad vektora a do smerov naznačených dvomi priamkami. Uskutočňuje sa tak, že priamky, do smerov ktorých treba vektor rozložiť, vedieme koncovým aj začiatočným bodom vektora. Tak vznikne rovnobežník, na ktorom už jednoducho vyznačíme zložky p a q .
V priamkach, do ktorých rozkladáme vektor a , môžeme zvoliť jednotkové vektory, ktoré označíme e1 a e2 . Jednotkovými vektormi sú potom určené príslušné smery. Zložky p a q vyjadríme ako skalárne násobky vektorov e1 a e2 : p = ape1 , q = aqe2 . Vektor e1 však môže mať opačný smer ako zložka p , a vtedy skalár ap pred vektorom e1 musí byť záporný. Preto skalár ap nepredstavuje veľkosť vektora p, ale je jednou zo súradníc rozloženého vektora a vo vzťažnej sústave určenej vektormi e1 a e2 . Vektor a možno po takomto rozklade na zložky vyjadriť v tvare
a = p + q = ape1 + aqe2 (1.1.4.1)
O takomto vyjadrení hovoríme, že vektor a je lineárnou kombináciou vektorov e1 a e2 .
V trojrozmernom priestore musí byť vzťažná sústava určená tromi vektormi e1 , e2 a e3 o ktorých hovoríme, že tvoria jej bázu . Vo všeobecnosti to ani nemusia byť jednotkové vektory. Najčastejšie sa však používa rozklad do troch navzájom kolmých smerov, určených jednotkovými vektormi so zaužívaným označením i, j, k . Stotožňujú sa s osami x, y, z karteziánskej súradnicovej sústavy. Ľubovoľný vektor f možno pomocou takejto trojice jednotkových vektorov vyjadriť ako ich lineárnu kombináciu
f = fx i + fy j + fz k (1.1.4.2)
V tomto vyjadrení vektora f sú fx , fy a fz jeho súradnice, ktoré môžu byť kladné, i záporné podľa toho, aký je jeho smer vzhľadom na jednotkové vektory. Na obr. 1.1.4.2 je znázornený dvojrozmerný prípad, pričom vektor g má zápornú súradnicu gx , ostatné súradnice vektorov f a g sú kladné.
Veľkosť vektora f možno v karteziánskej súradnicovej sústave vyjadriť pomocou jeho súradníc, použitím Pythagorovej vety
(1.1.4.3)
Vektor f zviera s vektormi i , j , k smerové uhly a , b , g , pre ktoré platia vzťahy
(1.1.4.4)
ktoré si možno overiť na dvojrozmernom obrázku 1.1.4.2.
Zo vzťahov (1.1.4.4) pre kosínusy smerových uhlov (smerové kosínusy) bezprostredne vyplýva rovnosť
cos2a + cos2b + cos2g = 1 (1.1.4.5)
Súčet vektorov a skalárny násobok vektora možno výhodne počítať, keď vektory vyjadríme v zložkovom tvare. Napríklad ak a = ax i + ay j + az k , b = bx i + by j + bz k potom môžeme ich súčet uskutočniť po zložkách, na základe platnosti komutatívnosti a asociatívnosti sčítania vektorov :
a + b = ( ax+ bx) i + (ay + by) j + (az + bz ) k (1.1.4.6)
takže pre súradnice výsledného vektora c platí
cx = ( ax+ bx) , cy = (ay + by) , cz = (az + bz ) (1.1.4.7)
Pre skalárny násobok vektora vyjadreného v zložkách platí:
d = sa = s ( ax i + ay j + az k ) = sax i + say j + saz k
pričom pre jeho súradnice platí
dx = sax, dy = say, dz = saz (1.1.4.8)
Príklad 1.1.4.1
Vypočítajte súčet vektorov a = 3 i + 2 j - k a b = -i + 2 j - 2 k .
Riešenie
c = a + b = (3 - 1)i + (2 + 2)j + (-1 -2)k = 2 i + 4j - 3k , takže súradnice vektora c sú: cx = 2 , cy = 4 , cz = -3
Príklad 1.1.4.2
Vyjadrite vektor d, ktorý má trojnásobnú veľkosť a opačný smer ako vektor a = 3 i + 2 j - k .
Riešenie
d = (-3)a = (-3)(3 i + 2 j - k ) = -9 i - 6 j + 3k . Presvedčite sa , že veľkosť vektora d je naozaj trojnásobná v porovnaní s veľkosťou vektora a.
Kontrolné otázky
- Ako rozkladáme vektor (v rovine) do dvoch vopred zadaných smerov ?
- Možno vektor rozložiť do dvoch smerov, ktoré zvierajú uhol väčší než 90 o ?
- Uveďte čo rozumieme pod lineárnou kombináciou vektorov !
- Uveďte, čo je báza vektorov !
- Ako sa vypočíta veľkosť vektora, keď sú známe jeho súradnice ?
- Ako sa zmenia zložky vektora, keď ho vynásobíme skalárom ?
- Ako sa zmenia súradnice vektora, keď ho vynásobíme skalárom ?
- Vyjadrite súčet dvoch vektorov pomocou ich súradníc !
- Uveďte, ako vypočítate uhol ktorý vektor zviera s osou y, keď poznáte jeho súradnice !