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C.7  Vektoren

beschreiben Orte oder gerichtete Grössen

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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

x˙=  dx-
     dt

geschrieben.

Addition:

         (  ax )   (  bx )   (  ax + bx )
a +  b = |  a  | + |  b  | = |  a  + b  |
         (   y )   (   y )   (   y    y )
            bz        bz        dz + bz
(C.1)



Versuch zur Vorlesung:
Kraft-Polygon (Versuchskarte M-28)


Länge eines Vektors

      ∘ -2----2----2
|a| =   ay + by + az
(C.2)

Skalarprodukt

a·b  = axbx + aybz + azbz = |a||b|· cos(∠a, b)
(C.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
(C.4)

C.7.1  Gesetze

Vertauschung der Reihenfolge (Kommutationsgesetze)

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Zwei Vektoren sind orthogonal, wenn

a·b  = 0
(C.7)

Sie sind kollinear, wenn

a × b =  0
(C.8)

Für die Orientierung der Vektoren gilt:

a × b ⊥ a
(C.9)

a × b ⊥  b
(C.10)

|a × b | = |a||b|· sin(∠a, b)
(C.11)

C.7.1.1. 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-
ab = ain Richtung b = a ·eb = a· |b| = a· b
(C.12)

In kartesischen Koordinaten heisst dies

a  =  axb∘x +-ayby +-azbz
  b       b2+  b2+ b2
           x    y   z
(C.13)

Beispiel:

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

ab = 3·-(−∘-2) +-2·0-+-(−-2)·2-=  −-6√ −-4 = − -10√--=  − √5--
           (− 2)2 + 02 + 22          8       2  2        2

Beispiel:

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

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

Dis ist die z-Komponente von a.



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