Лекция 1.Раздел 1.1
Геометрические векторы. Основные определения

В математике, физике, теоретической механике приходится иметь дело с величинами двух типов: одни имеют чисто числовой характер; другие же имеют не только числовую характеристику, но и связаны с понятием о направлении в пространстве. Рассмотрим, например, температуру, массу, энергию, скорость, ускорение, силу. Отличие последних трех величин от первых трех состоит в том, что с ними должно быть связано понятие о направлении. Первые три величины, не связанные с понятием о направлении, называются скалярами. Остальные три величины, имеющие определенное направление, называются векторами.

Так, при измерении температуры, мы получим положительное или отрицательное число, характеризующее ее величину в градусах. Точно так же можно измерить массу, энергию.

Определение 1.1.1. Скаляром называется величина, характеризующаяся только числом.

Следовательно, скаляры – это обычные числа, и различие между двумя одинаковыми числами может заключаться лишь в их размерности (м и см, м и кг).

Если необходимо измерить такую величину, как скорость точки, то для этого знать два числа (путь и время) недостаточно. Необходимо еще знать, куда двигается точка, то есть ее направление движения.

Определение 1.1.2. Вектором называется величина, характеризующаяся не только численным значением, но и направлением в пространстве.

Следовательно, утверждать, что если обе точки движутся со скоростью 2 , то их скорости равны, нет никакого основания. Необходимо знать в какие стороны они двигаются.

Из сказанного следует, что для описания скаляра достаточно написать число и указать его размерность. Для описания векторной величины используют направленные отрезки, длина которых при выбранном масштабе соответствует величине вектора, а направление – совпадает с направлением векторной величины. В дальнейшем эти отрезки и будем называть геометрическими векторами.

При изображении вектора одна точка, ограничивающая вектор, называется началом, а вторая – концом вектора (рис. 1.1.1). В конце вектора ставится стрелка. Для краткой записи вектор можно обозначить с помощью двух букв (первая соответствует началу, вторая – концу) или же одной буквы (здесь начало и конец не обозначены).

Рис. 1.1.1

Определение 1.1.3. Расстояние между началом и концом вектора называется его длиной или модулем и обозначается или .

Определение 1.1.4. Вектор, у которого конец совпадает с началом, называется ноль вектором и обозначается .

Определение 1.1.5. Векторы называются коллинеарными, если они расположены на одной прямой или параллельных прямых. Векторы называются компланарными, если они расположены в одной плоскости или в параллельных плоскостях.

Определение 1.1.6. Два вектора и называются равными, если они коллинеарные, одинаково направлены и равны по длине.

Записывается это так  .

Из определения 1.1.6 следует, что вектор можно переносить параллельно самому себе, помещая его начало в любую точку пространства. При этом каждый новый вектор будет равен исходному.

Однако следует отметить, что все сказанное выше связано с так называемыми свободными векторами. Кроме них существуют еще передвижные и определенные векторы. У свободных векторов точку приложения можно выбирать где угодно. У передвижных – точку приложения можно перемещать вдоль самого вектора (например, сила, приложенная к твердому телу). У определенных векторов точка приложения должна быть зафиксирована (например, сила, действующая на жидкость). Но изучение всех векторов можно, в конечном счете, свести к изучению свободных векторов, поэтому в дальнейшем мы будем заниматься только ими.