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D.1  Vektoren

beschreiben Orte oder gerichtete Grössen

__________________________________________________________________________

pict

Definition von Vektoren. r ist ein Ortsvektor, v der Geschwindigkeitsvektor.

_____________________________________________________________________

          (   )
−→           x
 r = r =    y

          (    )    (   )
−→           vx        x˙
 v = v =    vy   =    y˙

Die Ableitung nach der Zeit wird auch als

     dx
x˙=  ---
     dt

geschrieben.

Addition:

         (     )   (     )   (          )
            ax        bx        ax + bx
a +  b = |(  ay |) + |(  by |) = |(  ay + by |)
            bz        bz        dz + bz
(D.1)

Länge eines Vektors

      ∘ ------------
|a| =   a2y + b2y + a2z
(D.2)

Skalarprodukt

a ⋅ b = axbx + aybz + azbz = |a||b| ⋅ cos (∠a, b)
(D.3)

der Einheitsvektor ex ist ein Vektor der Länge 1, der in die x-Richtung zeigt.

Vektorprodukt

         (     )   (     )   (              )
           ax         bx        aybz − azby
a ×  b = |(  ay |) × |(  by |) = |(  azbx − axbz |)
            bz        bz        axby − aybx
(D.4)

D.1.1  Gesetze

Für die Orientierung der Vektoren gilt:

a × b ⊥ a
(D.5)

a × b ⊥  b
(D.6)

|a ×  b| = |a||b| ⋅ sin (∠a,b)
(D.7)

D.1.1.1. Spatprodukt
a ⋅ (b × c) = b ⋅ (c × a) = − b ⋅ (a × c)
(D.8)

Das Spatprodukt berechnet das Volumen des durch a,b,c aufgespannten Spates.

D.1.1.2. Orthogonalität zweier Vektoren testen

Gegeben seien zwei Vektoren a und b. Die Projektion von a auf b, das heisst, die Komponente von a in die Richtung von b ist

                               -b-       b-
aby = ain Richtung b = a ⋅ eb = a ⋅|b| = a ⋅ b
(D.9)

In kartesischen Koordinaten heisst dies

a  =  axb∘x +-ayby +-azbz
  b       b2x + b2y + b2z
(D.10)

Beispiel:

Sei a = (3,2,− 2) und b = (− 2,0, 1). Dann ist

     3-⋅ (− 2-) +-2-⋅ 0-+-(−-2) ⋅ 2 −-6 −-4  -10--    -5--
ab =     ∘ ----2----2----2-   =    √8-- =  − 2√2--= − √2--
           (− 2)  + 0 +  2

Beispiel:

Sei a = (3,2,− 2) und b = (0, 0,1). Dann ist

ab = 3-⋅ 0√ +-2 ⋅ 0-+-(−-2) ⋅ 2-= −√-2-= − 2
          02 + 02 + 12         1

Dis ist die z-Komponente von a.



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