ผลคูณเชิงสเกลาร์ ผลคูณเชิงเวกเตอร์

ยอดวิว 0

แบบฝึกหัด

EASY

ผลคูณเชิงสเกลาร์ ผลคูณเชิงเวกเตอร์

MEDIUM

ผลคูณเชิงสเกลาร์ ผลคูณเชิงเวกเตอร์

HARD

ผลคูณเชิงสเกลาร์ ผลคูณเชิงเวกเตอร์

เนื้อหา

ผลคูณเชิงสเกลาร์และผลคูณเชิงเวกเตอร์

ผลคูณเชิงสเกลาร์ (Dot Product)

ผลลัพธ์ที่ได้จากผลคูณเชิงสเกลาร์ของเวกเตอร์สองเวกเตอร์ เป็น จำนวนจริง (u ⃗ bullet v ⃗ element of straight real numbers)

แกน/ระบบ2-D
ระบบพิกัดฉาก

ให้ space u ⃗ equals a i ⃗ plus b j ⃗และ v ⃗ equals c i ⃗ plus d j ⃗
โดยที่ a comma b comma c comma d เป็นจำนวนจริงใดๆ จะได้ว่า
u ⃗ bullet v ⃗ equals open square brackets table row a row b end table close square brackets bullet open square brackets table row c row d end table close square brackets equals a c plus b d 

ระบบเชิงขั้วเมื่อ straight theta เป็นมุมระหว่างเวกเตอร์ (ใช้ในกรณีที่โจทย์กล่าวถึงมุมระหว่างเวกเตอร์)


แกน/ระบบ3-D
ระบบพิกัดฉาก

ให้ u ⃗ equals a i ⃗ plus b j ⃗ plus c k ⃗และ v ⃗ equals d i ⃗ plus e j ⃗ plus f k ⃗
โดยที่ a comma b comma c comma d comma e comma f เป็นจำนวนจริงใดๆ
จะได้ว่า 
 u ⃗ bullet v ⃗ equals open square brackets table row a row b row c end table close square brackets bullet open square brackets table row d row e row f end table close square brackets equals a d plus b e plus c f

ระบบเชิงขั้วเมื่อ straight theta เป็นมุมระหว่างเวกเตอร์ (ใช้ในกรณีที่โจทย์กล่าวถึงมุมระหว่างเวกเตอร์)

ถ้า u with rightwards arrow on top และ v with rightwards arrow on top ไม่ใช่เวกเตอร์ศูนย์ แล้ว u with rightwards arrow on top ตั้งฉากกับ  v with rightwards arrow on top ก็ต่อเมื่อ u with rightwards arrow on top times v with rightwards arrow on top equals 0

สมบัติที่สำคัญของผลคูณเชิงสเกลาร์ (Dot Product)

  1. u with rightwards arrow on top times v with rightwards arrow on top equals v with rightwards arrow on top times u with rightwards arrow on top : สมบัติการสลับที่
  2. u with rightwards arrow on top times open parentheses v with rightwards arrow on top plus w with rightwards arrow on top close parentheses equals u with rightwards arrow on top times v with rightwards arrow on top plus u with rightwards arrow on top times w with rightwards arrow on top :
    สมบัติการแจกแจง
  3. u with rightwards arrow on top times u with rightwards arrow on top equals open vertical bar u with rightwards arrow on top close vertical bar squared
  4. open vertical bar u with rightwards arrow on top plus v with rightwards arrow on top close vertical bar squared equals open vertical bar u with rightwards arrow on top close vertical bar squared plus open vertical bar v with rightwards arrow on top close vertical bar squared plus 2 open parentheses u with rightwards arrow on top times v with rightwards arrow on top close parentheses
    และ open vertical bar u with rightwards arrow on top minus v with rightwards arrow on top close vertical bar squared equals open vertical bar u with rightwards arrow on top close vertical bar squared plus open vertical bar v with rightwards arrow on top close vertical bar squared minus 2 open parentheses u with rightwards arrow on top times v with rightwards arrow on top close parentheses
  5. space 0 with rightwards arrow on top times u ⃗ equals u ⃗ times 0 with rightwards arrow on top equals 0

ตัวอย่าง  จงหาค่าของ u with rightwards arrow on top times v with rightwards arrow on top ในแต่ละข้อต่อไปนี้

  1. กำหนดให้ u ⃗ equals 3 i ⃗ minus 4 j ⃗ และ v ⃗ equals negative i ⃗ plus 4 j ⃗
    ดังนั้น  จะได้

    u ⃗ bullet v ⃗ equals left parenthesis 3 right parenthesis left parenthesis negative 1 right parenthesis plus left parenthesis negative 4 right parenthesis left parenthesis 4 right parenthesis equals negative 19 
      
  2. กำหนดให้ u with rightwards arrow on top มีขนาด 5 หน่วย และ v with rightwards arrow on top มีขนาด 4 หน่วย
    โดยเวกเตอร์ทั้ง 2 ทำมุมกัน 60 to the power of degree             
    ดังนั้น  จะได้ 
     u ⃗ bullet v ⃗ equals vertical line u ⃗ vertical line vertical line v ⃗ vertical line space space cos left parenthesis theta right parenthesis
space space space space space space space space equals left parenthesis 5 right parenthesis left parenthesis 4 right parenthesis left parenthesis cos left parenthesis 60 degree right parenthesis space right parenthesis
space space space space space space space space equals left parenthesis 5 right parenthesis left parenthesis 4 right parenthesis left parenthesis 1 half right parenthesis
space space space space space space space space equals 10

ตัวอย่าง  จงหามุมระหว่าง u with rightwards arrow on top กับ v with rightwards arrow on top เมื่อ u ⃗ equals 3 i ⃗ minus 2 j ⃗ และ v ⃗ equals 4 i ⃗ plus 6 j ⃗   

จาก u ⃗ bullet v ⃗ equals vertical line u ⃗ vertical line vertical line v ⃗ vertical line space cos left parenthesis theta right parenthesis
จะได้
 left parenthesis 3 right parenthesis left parenthesis 4 right parenthesis plus left parenthesis negative 2 right parenthesis left parenthesis 6 right parenthesis
equals left parenthesis √ left parenthesis left parenthesis 3 right parenthesis squared plus left parenthesis negative 2 right parenthesis squared right parenthesis right parenthesis left parenthesis √ left parenthesis left parenthesis 3 right parenthesis squared plus left parenthesis negative 2 right parenthesis squared right parenthesis right parenthesis c o s left parenthesis theta right parenthesis 
0 equals left parenthesis √ 13 right parenthesis left parenthesis √ 52 right parenthesis cos left parenthesis theta right parenthesis

ดังนั้น cos left parenthesis theta right parenthesis equals 0 นั่นคือ  theta equals 90 degree 
ได้ว่า u with rightwards arrow on top   กับ  v with rightwards arrow on top  ทำมุมกัน 90 degree

ตัวอย่าง  จงหามุมระหว่าง u with rightwards arrow on top กับ v with rightwards arrow on top  
เมื่อ u ⃗ equals negative i ⃗ minus k ⃗ และ v ⃗ equals 3 i ⃗ plus j ⃗  

จาก  u ⃗ bullet v ⃗ equals vertical line u ⃗ vertical line vertical line v ⃗ vertical line space space cos left parenthesis theta right parenthesis   
จะได้   
 left parenthesis negative 1 right parenthesis left parenthesis 3 right parenthesis plus left parenthesis 0 right parenthesis left parenthesis 1 right parenthesis plus left parenthesis negative 1 right parenthesis left parenthesis 0 right parenthesis
equals left parenthesis square root of left parenthesis negative 1 right parenthesis squared plus left parenthesis 0 right parenthesis squared plus left parenthesis negative 1 right parenthesis squared right parenthesis end root right parenthesis square root of left parenthesis 3 right parenthesis squared plus left parenthesis 1 right parenthesis squared plus left parenthesis 0 right parenthesis squared right parenthesis end root right parenthesis cos left parenthesis theta right parenthesis
minus 3 equals left parenthesis square root of 2 right parenthesis left parenthesis square root of 10 right parenthesis cos left parenthesis theta right parenthesis
ดังนั้น  cos left parenthesis theta right parenthesis equals left parenthesis fraction numerator negative 3 over denominator 2 square root of 5 end fraction right parenthesis space
 นั่นคือ   theta equals a r c cos left parenthesis fraction numerator negative 3 over denominator 2 square root of 5 end fraction right parenthesis

ตัวอย่าง   ถ้า  vertical line u ⃗ vertical line equals 2 space comma vertical line v ⃗ vertical line equals 5 space space 
และเวกเตอร์ทั้ง 2 ทำมุมกัน  60 degree
จงหาว่า เวกเตอร์ u ⃗ plus v ⃗ ทำมุมกับ u with rightwards arrow on top เท่าใด

เนื่องจาก โจทย์ถามว่า เวกเตอร์  u ⃗ plus v ⃗ ทำมุมกับ u with rightwards arrow on top เท่าใด
สมมติให้ space theta space เป็นมุมระหว่างเวกเตอร์  u ⃗ plus v ⃗ ทำมุมกับ u with rightwards arrow on top
จะได้ว่า
left parenthesis space u ⃗ plus v ⃗ right parenthesis bullet u ⃗ equals vertical line u ⃗ plus v ⃗ vertical line vertical line u ⃗ vertical line cos left parenthesis theta right parenthesis
u ⃗ bullet u ⃗ plus v ⃗ bullet u ⃗ equals vertical line u ⃗ plus v ⃗ vertical line vertical line u ⃗ vertical line cos left parenthesis theta right parenthesis

vertical line u ⃗ vertical line squared plus v ⃗ bullet u ⃗ equals vertical line u ⃗ plus v ⃗ vertical line vertical line u ⃗ vertical line c o s left parenthesis theta right parenthesis

vertical line u ⃗ vertical line squared plus left parenthesis vertical line v ⃗ vertical line vertical line u ⃗ vertical line c o s left parenthesis 60 degree right parenthesis right parenthesis
equals vertical line u ⃗ plus v ⃗ vertical line vertical line u ⃗ vertical line c o s left parenthesis theta right parenthesis

vertical line u ⃗ vertical line squared plus left parenthesis vertical line v ⃗ vertical line vertical line u ⃗ vertical line c o s left parenthesis 60 degree right parenthesis right parenthesis
equals left square bracket square root of vertical line u ⃗ vertical line squared plus vertical line v ⃗ vertical line squared plus 2 left parenthesis u ⃗ bullet v ⃗ right parenthesis end root right square bracket vertical line u ⃗ vertical line c o s left parenthesis theta right parenthesis

vertical line u ⃗ vertical line squared plus left parenthesis vertical line v ⃗ vertical line vertical line u ⃗ vertical line c o s left parenthesis 60 degree right parenthesis
equals left square bracket square root of vertical line u ⃗ vertical line squared plus vertical line v ⃗ vertical line squared plus 2 left parenthesis vertical line u ⃗ vertical line vertical line v ⃗ vertical line cos left parenthesis 60 degree right parenthesis end root right square bracket vertical line u ⃗ vertical line c o s left parenthesis theta right parenthesis

left parenthesis 2 right parenthesis squared plus left parenthesis left parenthesis 5 right parenthesis left parenthesis 2 right parenthesis c o s left parenthesis 60 degree right parenthesis right parenthesis
equals left square bracket square root of left parenthesis 2 right parenthesis squared plus left parenthesis 5 right parenthesis squared plus 2 left parenthesis left parenthesis 2 right parenthesis left parenthesis 5 right parenthesis cos left parenthesis 60 degree right parenthesis end root right square bracket left parenthesis 2 right parenthesis c o s left parenthesis theta right parenthesis

left parenthesis 2 right parenthesis squared plus left parenthesis 5 right parenthesis left parenthesis 2 right parenthesis left parenthesis 1 divided by 2 right parenthesis
equals left square bracket square root of left parenthesis 2 right parenthesis squared plus left parenthesis 5 right parenthesis squared plus 2 left parenthesis left parenthesis 2 right parenthesis left parenthesis 5 right parenthesis left parenthesis 1 half end root right parenthesis right square bracket left parenthesis 2 right parenthesis c o s left parenthesis theta right parenthesis

9 equals 2 square root of 39 space cos left parenthesis theta right parenthesis
ดังนั้น  cos left parenthesis theta right parenthesis equals fraction numerator 9 over denominator 2 square root of 39 end fraction
นั่นคือ theta equals a r c cos left parenthesis fraction numerator 9 over denominator 2 square root of 39 end fraction right parenthesis space space space space space 
จะได้ว่า  เวกเตอร์ u with rightwards arrow on top plus v with rightwards arrow on top  ทำมุมกับ u with rightwards arrow on top
เป็นมุม  theta equals a r c cos left parenthesis fraction numerator 9 over denominator 2 square root of 39 end fraction right parenthesis space space space space space    

ผลคูณเชิงเวกเตอร์ (Cross Product)

ผลลัพธ์ที่ได้จากผลคูณเชิงเวกเตอร์ของเวกเตอร์สองเวกเตอร์ เป็น เวกเตอร์

ความหมายของผลคูณเชิงเวกเตอร์            

ผลลัพธ์ของ u with rightwards arrow on top cross times v with rightwards arrow on top   คือ เวกเตอร์ที่ตั้งฉากกับ u with rightwards arrow on top และ v with rightwards arrow on top และมีทิศตาม กฎมือขวา

ที่มาของรูป http://www.mwit.ac.th/~sion/teaching/2556_s1/3%20Euclidenp=.pdf

ขนาดของเวกเตอร์ลัพธ์

  1. ถ้า  u ⃗ equals a i ⃗ plus b j ⃗ plus c k ⃗ และ v ⃗ equals d i ⃗ plus e j ⃗ plus f k ⃗      
    โดยที่ a comma b comma c comma d comma e comma f  เป็นจำนวนจริง แล้ว 

u with rightwards arrow on top cross times v with rightwards arrow on top equals open vertical bar table row cell i with rightwards arrow on top end cell cell j with rightwards arrow on top end cell cell k with rightwards arrow on top end cell row a b c row d e f end table close vertical bar

** วิธีการคิดหา u with rightwards arrow on top cross times v with rightwards arrow on top สามารถหาผลลัพธ์ได้เหมือนกับการหา determinant ในเรื่องเมตริกซ์ **

2. vertical line u ⃗ cross times v ⃗ vertical line equals vertical line u ⃗ vertical line vertical line v ⃗ vertical line sin left parenthesis theta right parenthesis
 ** เมื่อ thetaเป็นมุมระหว่าง u with rightwards arrow on top และ  v with rightwards arrow on top  **

สมบัติที่สำคัญของผลคูณเชิงเวกเตอร์ (Cross Product)

  1. u ⃗ cross times v ⃗ equals negative left parenthesis v ⃗ cross times u ⃗ right parenthesis
  2. u ⃗ cross times u ⃗ equals 0 with rightwards arrow on top
  3. u ⃗ cross times left parenthesis v ⃗ plus w ⃗ space right parenthesis equals space u ⃗ cross times v ⃗ plus u ⃗ cross times w ⃗
  4. u ⃗ bullet left parenthesis v ⃗ cross times w ⃗ space right parenthesis space equals left parenthesis u ⃗ cross times v ⃗ space space right parenthesis bullet w ⃗
  5. เวกเตอร์หนึ่งหน่วยที่ตั้งฉากกับ u with rightwards arrow on top และ v with rightwards arrow on top คือ plus-or-minus fraction numerator u with rightwards arrow on top cross times v with rightwards arrow on top over denominator open vertical bar u with rightwards arrow on top cross times v with rightwards arrow on top close vertical bar end fraction
  6.  u ⃗ cross times v ⃗ equals 0  ก็ต่อเมื่อ u with rightwards arrow on top ขนานกับ v with rightwards arrow on top

ตัวอย่าง   กำหนดให้  u ⃗ equals 2 i ⃗ minus 3 j ⃗ space spaceและ  v ⃗ equals i ⃗ minus 5 j ⃗
จงหา u ⃗ cross times v ⃗

จะได้
 u with rightwards arrow on top cross times v with rightwards arrow on top equals open vertical bar table row cell i with rightwards arrow on top end cell cell j with rightwards arrow on top end cell cell k with rightwards arrow on top end cell row a b c row d e f end table close vertical bar
space space space space space space space space space equals open vertical bar table row cell i with rightwards arrow on top end cell cell j with rightwards arrow on top end cell cell k with rightwards arrow on top end cell row 2 cell negative 3 end cell 0 row 1 cell negative 5 end cell 0 end table close vertical bar
space space space space space space space space space equals left square bracket left parenthesis negative 3 right parenthesis left parenthesis 0 right parenthesis minus left parenthesis negative 5 right parenthesis left parenthesis 0 right parenthesis right square bracket space i ⃗
space space space space space space space space space space space space space minus left square bracket left parenthesis 2 right parenthesis left parenthesis 0 right parenthesis minus left parenthesis 1 right parenthesis left parenthesis 0 right parenthesis right square bracket space j ⃗
space space space space space space space space space space space space space plus left square bracket left parenthesis 2 right parenthesis left parenthesis negative 5 right parenthesis minus left parenthesis 1 right parenthesis left parenthesis negative 3 right parenthesis right square bracket space k ⃗


            equals negative 7 k with rightwards arrow on top