1) Даны векторы ( \mathbf{a} = 5\mathbf{i} - 2\mathbf{j} + 4\mathbf{k} ) и ( \mathbf{b} = 3\mathbf{j} + 2\mathbf{k} ). Вычислим их скалярное произведение ( \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} ).
Скалярное произведение двух векторов определяется как:
[ \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = a_x b_x + a_y b_y + a_z b_z ]
Для наших векторов:
[ \mathbf{a} = 5\mathbf{i} - 2\mathbf{j} + 4\mathbf{k} \Rightarrow a_x = 5, a_y = -2, a_z = 4 ]
[ \mathbf{b} = 3\mathbf{j} + 2\mathbf{k} \Rightarrow b_x = 0, b_y = 3, b_z = 2 ]
Теперь подставим значения:
[ \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = (5 \cdot 0) + (-2 \cdot 3) + (4 \cdot 2) ]
[ \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = 0 - 6 + 8 ]
[ \mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = 2 ]
Итак, скалярное произведение векторов ( \mathbf{a} ) и ( \mathbf{b} ) равно 2.
2) Даны точки ( A(-1, -2, 4) ), ( B(-4, -2, 0) ) и ( C(3, -2, 1) ). Найдём периметр треугольника ( ABC ) и угол при вершине ( A ).
Сначала вычислим длины сторон треугольника. Длина отрезка между двумя точками ( (x_1, y_1, z_1) ) и ( (x_2, y_2, z_2) ) рассчитывается по формуле:
[ AB = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2 + (z_2 - z_1)^2} ]
Для стороны ( AB ):
[ A(-1, -2, 4), B(-4, -2, 0) ]
[ AB = \sqrt{(-4 - (-1))^2 + (-2 - (-2))^2 + (0 - 4)^2} ]
[ AB = \sqrt{(-3)^2 + 0^2 + (-4)^2} ]
[ AB = \sqrt{9 + 0 + 16} ]
[ AB = \sqrt{25} ]
[ AB = 5 ]
Для стороны ( AC ):
[ A(-1, -2, 4), C(3, -2, 1) ]
[ AC = \sqrt{(3 - (-1))^2 + (-2 - (-2))^2 + (1 - 4)^2} ]
[ AC = \sqrt{(3 + 1)^2 + 0^2 + (-3)^2} ]
[ AC = \sqrt{4^2 + 0 + (-3)^2} ]
[ AC = \sqrt{16 + 9} ]
[ AC = \sqrt{25} ]
[ AC = 5 ]
Для стороны ( BC ):
[ B(-4, -2, 0), C(3, -2, 1) ]
[ BC = \sqrt{(3 - (-4))^2 + (-2 - (-2))^2 + (1 - 0)^2} ]
[ BC = \sqrt{(3 + 4)^2 + 0 + 1^2} ]
[ BC = \sqrt{7^2 + 1^2} ]
[ BC = \sqrt{49 + 1} ]
[ BC = \sqrt{50} ]
[ BC = 5\sqrt{2} ]
Периметр треугольника ( ABC ):
[ P = AB + AC + BC ]
[ P = 5 + 5 + 5\sqrt{2} ]
[ P = 10 + 5\sqrt{2} ]
Теперь найдём угол при вершине ( A ). Для этого используем косинус угла ( \theta ) между векторами ( \mathbf{AB} ) и ( \mathbf{AC} ):
[ \cos \theta = \frac{\mathbf{AB} \cdot \mathbf{AC}}{|\mathbf{AB}| |\mathbf{AC}|} ]
Найдём векторы ( \mathbf{AB} ) и ( \mathbf{AC} ):
[ \mathbf{AB} = B - A = (-4 - (-1), -2 - (-2), 0 - 4) = (-3, 0, -4) ]
[ \mathbf{AC} = C - A = (3 - (-1), -2 - (-2), 1 - 4) = (4, 0, -3) ]
Скалярное произведение ( \mathbf{AB} \cdot \mathbf{AC} ):
[ \mathbf{AB} \cdot \mathbf{AC} = (-3) \cdot 4 + 0 \cdot 0 + (-4) \cdot (-3) ]
[ \mathbf{AB} \cdot \mathbf{AC} = -12 + 0 + 12 ]
[ \mathbf{AB} \cdot \mathbf{AC} = 0 ]
Длины векторов ( |\mathbf{AB}| ) и ( |\mathbf{AC}| ):
[ |\mathbf{AB}| = \sqrt{(-3)^2 + 0^2 + (-4)^2} = \sqrt{9 + 0 + 16} = \sqrt{25} = 5 ]
[ |\mathbf{AC}| = \sqrt{(4)^2 + 0^2 + (-3)^2} = \sqrt{16 + 0 + 9} = \sqrt{25} = 5 ]
Итак, косинус угла ( \theta ):
[ \cos \theta = \frac{0}{5 \cdot 5} = 0 ]
Следовательно, угол ( \theta = 90^\circ ).
Итак, периметр треугольника ( ABC ) равен ( 10 + 5\sqrt{2} ), а угол при вершине ( A ) равен ( 90^\circ ).
Для визуализации треугольника ( ABC ):
C (3, -2, 1)
*
/ \
/ \
/ \
/ \
*---------*
A(-1, -2, 4) B(-4, -2, 0)
На рисунке видно, что точки ( A ), ( B ), и ( C ) образуют треугольник.