Svmmarivm
Haec lectio vectores plani, qvi translationes repraesentant, vt paria ordinata nvmerorvm realivm introdvcit, eorvmqve svmmam, prodvctvm per nvmervm, normam et prodvctvm scalare cvm svis proprietatibvs definit. Ex prodvcto scalari dedvcvntvr condicio perpendicvlaritatis, inaeqvalitas Cavchy-Schwarziana, inaeqvalitas triangvlaris, proiectio orthogonalis et divisio angvlorvm in acvtos, rectos et obtvsos. Vectoribvs recta forma vectoriali et parametrica scribitvr, eivs vector normalis et formvla distantiae pvncti a recta invenivntvr, rectae per parametra datae secantvr, segmenta in data ratione dividvntvr et motvs aeqvabilis describitvr; problemata haec instrvmenta ad demonstrationes geometricas, ad reflexionem in specvlo et ad appropinqvationem dvorvm corporvm motorvm adhibent.
Proposita discendi
- Cvm vectoribvs plani operari, per componentes et geometrice, et vectorem vt combinationem linearem dvorvm aliorvm exprimere.
- Normas et prodvcta scalaria compvtare, eisqve vti ad vectores perpendicvlares agnoscendos, angvlos dividendos et vectorem in alivm proiciendvm.
- Rectam forma vectoriali, parametrica et generali scribere, ab vna forma ad aliam transire, et vectoribvs intersectiones, distantias et pvncta qvae segmentvm dividvnt compvtare.
- Proprietates geometricas per vectores demonstrare et motvm aeqvabilem rectis parametricis exprimere.
Vectores in plano
In lectione de aeqvatione rectae vnvmqvodqve pvnctvm plani cvm pari svarvm coordinatarvm identificatvm est. Mvltae tamen magnitvdines non pvncto sed translatione describvntvr: tribvs vnitatibvs dextrorsvm et dvabvs svrsvm progredi idem mandatvm est, qvodcvmqve pvnctvm initivm sit. Idem accidit velocitati et vi, qvae magnitvdinem, directionem et sensvm habent, et qvae in cvrsv Fvndamenta Mechanicae tractantvr. Translatio vt sagitta pingitvr, et dvobvs nvmeris determinatvr: progressv horizontali et progressv verticali. Qvae si ita svnt, definitio natvralis haec est.
Vector plani est par ordinatvm nvmerorvm realivm, ; nvmeri et svnt eivs componentes. Vector qvi a pvncto ad pvnctvm tendit est par differentiarvm coordinatarvm eorvm, et scribitvr ; sagitta cvivs origo est et extremvm evm repraesentat.
Idem vector infinitas repraesentationes habet: dvae sagittae evndem vectorem repraesentant cvm evndem progressvm horizontalem et evndem progressvm verticalem efficivnt, id est, cvm altera ex altera translatione obtinetvr. Inter omnes vna sola ab origine proficiscitvr, sagitta qvae in pvncto desinit. Inde efficitvr vt , qvi vector positionis pvncti appellatvr, componentes habeat coordinatas pvncti . Posthac scribitvr pro pvncto ad qvod a translatione pervenitvr, id est, pro extremo sagittae qvae repraesentat cvm origine . Vector nvllvs respondet non moveri, et oppositvs vectoris est , translatio contraria; ita .
Sint , , et pvncta plani. Aeqvalitates et aeqvivalent, et ambae aeqvivalent eo qvod segmenta et idem pvnctvm medivm habent. Si qvattvor pvncta in eadem recta non iacent, si et solvm si qvadrilatervm cvivs vertices svnt , , et , hoc ordine, parallelogrammvm est.
Tres aeqvivalentiae eo redevnt vt aeqvalitas inter nvmeros coordinatim rvrsvs disponatvr; vltima theoremate de intersectione dvarvm rectarvm nititvr, qvod in lectione de recta exstat. Abscissas qvattvor pvnctorvm , , et appellamvs.
Demonstratio
Aeqvalitas primarvm componentivm vectorvm et aeqvivalet, si vtriqve membro additvr, aeqvalitati primarvm componentivm vectorvm et . In figvra, , , et .
Eadem aeqvalitas aeqvivalet, si et vtriqve membro addvntvr et per dividitvr, eo qvod pvncta media segmentorvm et eandem abscissam habent. De ordinatis eodem modo ratiocinamvr; itaqve tres envntiationes aeqvivalent.
Ponamvs nvnc qvattvor pvncta in eadem recta non iacere et . Rectae et eandem directionem habent: eandem declivitatem, qvotientem componentivm illivs vectoris, vel ambae verticales svnt si prima eivs componens nvlla est. Distinctae svnt, qvia, si congrverent, qvattvor pvncta in eadem recta iacerent; itaqve parallelae svnt: si verticales non svnt, per theorema de intersectione dvarvm rectarvm non verticalivm, et si svnt, qvia dvae rectae verticales distinctae se non secant.
Per primam aeqvivalentiam etiam , et idem argvmentvm ostendit latera et parallela esse. Latera opposita qvadrilateri bina parallela svnt: parallelogrammvm est.
Contra, sit parallelogrammvm et sit . Per ea qvae iam demonstrata svnt, ad pvncta , , et adhibita, pvnctvm in parallela ad per dvcta iacet et in parallela ad per dvcta.
Hae dvae parallelae inter se parallelae non svnt, qvia , et in eadem recta non iacent, et in vno solo pvncto se secant. Cvm vertex parallelogrammi etiam in ambabvs iaceat, cvm congrvit.
Compvtare vectorem qvi a ad tendit, evm ad pvnctvm et ad originem transferre, et cvm vectore qvi a ad tendit comparare.
Demonstratio
Coordinatas originis sagittae a coordinatis eivs extremi svbtrahimvs: translatio est vnitatvm dextrorsvm et svrsvm.
Cvm origine , eadem translatio ad pvnctvm dvcit.
Per lemma etiam et aeqvales svnt, et pvncta , , et vertices parallelogrammi svnt.
Cvm origine , sagitta in pvncto desinit, cvivs coordinatae svnt componentes vectoris: est vector positionis pvncti .
Sagitta qvae a ad tendit idem segmentvm sensv contrario percvrrit: vectorem oppositvm repraesentat.
Svmma vectorvm et prodvctvm per nvmervm
Svmma vectorvm et est , et prodvctvm nvmeri realis per est . Differentia vectorvm et est .
Svmma respondet translationibvs alteri post alteram peractis: si percvrritvr et deinde , progressvs horizontalis totvs est et verticalis . Qvod ad pvncta attinet, pro tribvs qvibvslibet pvnctis , et valet relatio Chaslesiana, qvia differentiae coordinatarvm alia aliam excipivnt: , et similiter de ordinatis.
Inde dvae constrvctiones svmmae orivntvr: regvla triangvli, qvae originem vectoris in extremo vectoris collocat, et regvla parallelogrammi, qvae ambos vectores ab eadem origine pingit et diagonalem parallelogrammi qvod determinant svmit. Praesertim : omnis vector inter dvo pvncta est differentia vectorvm positionis eorvm. Prodvctvm vero ambos progressvs per mvltiplicat: si , directionem et sensvm vectoris servat; si , directionem servat et sensvm invertit; et, vt in norma videbitvr, longitvdinem per mvltiplicat.
Sint et . Constrvere regvla triangvli et regvla parallelogrammi, et constrvere .
Demonstratio
Ambos vectores ab origine pingimvs.
Regvla triangvli: cvm origine in extremo vectoris , ad pvnctvm dvcit; svmma per singvlas componentes compvtatvr.
Regvla parallelogrammi: si primvm percvrritvr et deinde , ad idem pvnctvm pervenitvr. Svmma est diagonalis parallelogrammi cvivs latera svnt et , qvae a proficiscitvr.
Oppositvs vectoris est eivs prodvctvm per : eandem longitvdinem et sensvm contrarivm habet.
Differentia est svmma vectorvm et . Translata, est sagitta qvae ab extremo vectoris ad extremvm vectoris tendit: altera diagonalis parallelogrammi.
Dvae operationes a nvmeris realibvs proprietates infra envmeratas hereditate accipivnt, qvae valent pro omnibvs vectoribvs , et et omnibvs nvmeris realibvs et :
- Commvtativitas svmmae: .
- Associativitas svmmae: .
- Elementvm nevtrvm: .
- Elementvm oppositvm: .
- Associativitas prodvcti: .
- Nvmervs vnvs nevtrvm: .
- Distribvtivitas respectv svmmae vectorvm: .
- Distribvtivitas respectv svmmae nvmerorvm: .
Pro omnibvs vectoribvs , et plani et omnibvs nvmeris realibvs et valent octo proprietates indicis svperioris.
Dvae operationes per singvlas componentes agvnt, ita vt qvaeqve proprietas ad proprietatem respondentem nvmerorvm realivm redeat, in singvlis componentibvs adhibitam. Satis est primam componentem scribere, qvia secvnda eadem est cvm indice .
Demonstratio
Commvtativitas et associativitas: ab eis svmmae nvmerorvm realivm hereditate accipivntvr.
Nevtrvm et oppositvm: est nevtrvm svmmae et est oppositvs vectoris .
Associativitas prodvcti et nvmervs vnvs: prodvctvm nvmerorvm realivm associativvm est et pro nevtro habet.
Dvae distribvtivitates: prodvctvm nvmerorvm realivm respectv svmmae distribvtivvm est.
Dvo vectores aeqvales svnt si et solvm si eorvm dvae componentes aeqvales svnt; itaqve octo aeqvalitates inter vectores valent. Exempli gratia, prima.
Hae octo proprietates svnt axiomata spatii vectorialis: omnis copia cvivs elementa inter se addvntvr et per nvmeros reales mvltiplicantvr, octo his regvlis servatis, spativm vectoriale appellatvr, et qvidqvid ex eis sine componentibvs dedvcitvr in qvolibet eorvm valebit. Polynomia lectionis de algebra polynomiorvm, cvm sva svmma et svo prodvcto per nvmervm, alivd spativm vectoriale efficivnt.
Combinationes lineares et vectores paralleli
Combinatio linearis vectorvm et est vector formae , vbi et reales svnt. Vectores et , qvi vna vnitate in directione cvivsqve axis progredivntvr, permittvnt omnem vectorem vt eorvm combinationem scribere, et vno tantvm modo, qvia aeqvalis est solvm si et . Ideo basis canonica plani appellantvr:
Dvo vectores non nvlli et paralleli svnt cvm alter mvltiplex alterivs est, id est, cvm pro aliqvo nvmero reali , qvi nvllvs esse non potest; evndem sensvm habent si et sensvs contrarios si . Sagittae qvae eos ab eadem origine repraesentant tvm in vna eademqve recta iacent.
Dvo vectores non nvlli et paralleli svnt si et solvm si .
Altera implicatio compvtatio est; ad alteram nvmervs cvm fabricandvs est, per componentem non nvllam vectoris dividendo.
Demonstratio
Si , componentes vectoris svnt et , et expressio evanescit. In figvra, et .
Contra, ponamvs expressionem evanescere, et primvm ponamvs . Definimvs vt qvotientem primarvm componentivm, ita vt prima componens vectoris sit . In figvra, .
Ex hypothesi explicamvs: etiam secvnda componens est , ideoqve . In figvra, .
Si , tvm , qvia nvllvs non est; hypothesis dat , vnde , et qvotiente secvndarvm componentivm efficitvr . In figvra, et , cvm .
Nvmervs est determinans lectionis de systematibvs linearibvs, et lemma infra positvm cavsam explicat.
Si et vectores non nvlli et non paralleli svnt, omnis combinatio linearis eorvm est vno tantvm modo: exstant nvmeri et , et vnvm tantvm par, tales vt .
Aeqvalitas qvaesita, per componentes scripta, est systema dvarvm aeqvationvm linearivm cvm incognitis et , et satis est ei regvlam Crameri adhibere.
Demonstratio
Aeqvalitatem per singvlas componentes scribimvs. In figvra, , et .
Determinans systematis nvllvm non est, per criterivm parallelismi, qvia vectores paralleli non svnt. In figvra, .
Per regvlam Crameri systema vnam omnino solvtionem habet, qvotientibvs infra positis datam. In figvra, et , et revera .
Praesertim, si dvae combinationes vectorvm et aeqvales svnt, ambae svnt solvtio systematis cvm eodem , et earvm coefficientes congrvvnt. Haec comparatio coefficientivm instrvmentvm est plvrivm demonstrationvm hvivs lectionis.
Argvmentvm oneratvr…