Zwrot wektora

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ilustracja wektora

Zwrot wektora – jedna z podstawowych własności charakteryzujących wektor, obok jego kierunku, długości i (dla wektora zaczepionego) punktu zaczepienia.

Pojęcie zgodności zwrotu wektorów określa się wśród wektorów o tym samym kierunku. Zwrot jest w zasadzie synonimem strony – dwa wektory o tym samym zwrocie (o zgodnym zwrocie) są skierowane w tę samą stronę, o zwrotach przeciwnych są skierowane w przeciwne strony.

Dla dwóch wektorów o różnych kierunkach lub gdy którykolwiek z nich jest wektorem zerowym, nie można porównać ich zwrotów.

Zmiana znaku współrzędnych wektora swobodnego lub zamiana początku i końca wektora zaczepionego zmienia zwrot wektora na przeciwny.

Definicje formalne[edytuj | edytuj kod]

Wprowadza się relację równoważności w zbiorze niezerowych wektorów zwaną relacją zgodności zwrotów:

Dla wektorów zaczepionych

Dwa niezerowe wektory zaczepione są w relacji , gdy po przesunięciu jednego z nich tak, aby ich początki się pokrywały, ich końce będą leżeć na pewnej półprostej o początku identycznym z początkiem obu wektorów[1].

Dla wektorów swobodnych i ogólniej – dla wektorów przestrzeni liniowej na ciałem :

Dwa wektory mają ten sam zwrot, jeśli dla pewnego [2]

W obu przypadkach jest relacją równoważności.
Zwrot wektora zaczepionego jest to ta z jej klas abstrakcji, której reprezentantem jest dany wektor, zwrot wektora swobodnego jest to zwrot jego dowolnego zaczepionego odpowiednika.

O dwóch wektorach należących do tej samej klasy abstrakcji względem relacji mówi się, że mają zgodne (identyczne, te same) zwroty. Wyznaczają one ten sam kierunek.

Wśród wektorów o tym samym kierunku relacja wyznacza dokładnie dwie klasy abstrakcji. O dwóch wektorach wyznaczających ten sam kierunek, ale nie należących do tej samej klasy abstrakcji względem relacji mówi się, że mają przeciwne zwroty.

Związek z kątem między wektorami[edytuj | edytuj kod]

Dwa niezerowe wektory o tym samym kierunku (równoległe, czyli w szczególności także leżące na jednej prostej):

  • mają zgodne zwroty gdy kąt między wektorami wynosi 0°;
  • mają zwroty przeciwne gdy kąt między wektorami wynosi 180°.

Związek z iloczynem skalarnym[edytuj | edytuj kod]

Niezerowe wektory o tym samym kierunku:

  • mają zgodne zwroty, gdy iloczyn skalarny wektorów jest dodatni;
  • mają przeciwne zwroty, gdy jest ujemny.

Ponieważ iloczyn skalarny można zdefiniować bez powoływania się na pojęcie zwrotu wektora, więc można relację dla wektorów swobodnych o tym samy kierunku zdefiniować następująco:

  • dwa wektory o tym samym kierunku mają ten sam zwrot, gdy ich iloczyn skalarny jest dodatni.

Można też definicji zgodności zwrotu nie zawężać do wektorów o tym samym kierunku:

  • dwa dowolne wektory swobodne mają ten sam kierunek i zwrot, gdy ich iloczyn skalarny jest równy iloczynowi ich długości.

Przykłady zastosowań[edytuj | edytuj kod]

Przykłady w fizyce:

  • zwrot wektora prędkości ciała, gdy porusza się ono z punktu A do punktu B, jest zgodny ze zwrotem wektora (czyli wektora przemieszczenia).
  • zwrot wektorów sił grawitacji, a także dowolnych innych sił przyciągających dwa ciała A,B:
    • zwrot wektora siły działającej na ciało A jest zgodny ze zwrotem wektora ,
    • zwrot wektora siły działającej na ciało B jest zgodny ze zwrotem wektora .

Przykład w matematyce:

  • wektor wskazujący kierunek i zwrot najszybszego wzrostu jakiejś wartości skalarnej w danym punkcie. Długość wektora jest proporcjonalna do szybkości zmiany wartości skalarnej. Zbiór takich wektorów tworzy pole wektorowe zwane gradientem. Wektor o przeciwnym zwrocie do wektora gradientu nazywa się często antygradientem.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. David A. Santos, Multivariable and Vector Calculus (ang.), definicja 5
  2. K. Cegiełka, E. Stachowski, K. Szymański: Encyklopedia dla wszystkich. Matematyka. Warszawa: WNT, 2000, s. 338. ISBN 83-204-2334-1.