Matematika/Vektorius

Vektorius – matematinis dydis, apibūdinamas reikšme ir kryptimi erdvėje. Grafiškai vektoriai vaizduojami tiesių atkarpomis su rodyklėmis.

Bendriausias vektoriaus pavyzdys fizikoje būtų jėga.

Skaitinių dydžių grupė abibūdinanti pasirinktą objektą gali būti užrašyta sugrupuotų skaičių sąrašu arba kitaip -- vektoriumi:

$v=(v_{1},v_{2},...,v_{n})$.

kur v yra d skaičių vektorius. Išraiškos su vektoriais yra naudojamos siekiant kompaktiškai užrašyti bei patogiai manipuliuoti ilgomis skaičių grupėmis. Kitas vektorinio užrašymo privalumas yra jo geometrinė interpretacija -- kiekvieną v galima įsivaizduoti kaip vektorių jungiantį n-matės erdvės koordinačių pradžią su tašku, kurio koordinatės nustatytos nariais sudarančiais v.

Vektoriaus daugyba iš skaliaro

Vienas realaus dydžio skaičius yra vadinamas skaliaru. Vektoriaus daugyba iš skaliaro yra kiekvieno vektoriaus nario daugyba iš skaliaro ir gauta sandauga yra vektorius:

$cv=(cv_{1},cv_{2},...,cv_{n})$.

Dviejų vektorių suma

Du vektoriai sudedami sudedant kiekvieno iš jų atitinkamus narius: $v+w=(v_{1}+w_{1},v_{2}+w_{2},...,v_{n}+w_{n})$. Atkreipkite dėmesį, jog vektorinė sudėtis yra komutatyvi, t. y., v+w=w+v.

Skaliarinė vektorių sandauga

Išsamesnis straipsnis: Skaliarinė sandauga.

Skaliarinės sandaugos savoka yra glaudžiai susijusi su vektoriaus ilgio bei vektoriaus projekcijos sampratomis.

Norint vektorius sudauginti skaliariškai, abu vektoriai turi atitikti, t. y., abiejų vektorių narių skaičius turi būti vienodas. Skaliarinė dviejų vektorių sandauga yra suma visų kiekvieno iš vektoriaus atitinkamų narių sandaugų:

$v\cdot w=\sum _{i=1}^{n}v_{i}\cdot w_{i}=v_{1}w_{1}+v_{2}w_{2}+v_{3}w_{3}+...+v_{n}w_{n}.$

Skaliarinės vektorių sandaugos rezultatas yra ne vektorius, o skaliaras.

Pavyzdžiui, yra vektoriai a(3; 5; 6) ir b(4; 0; 1), tai jų skaliarinė sandauga bus lygi:

$a\cdot b=3\cdot 4+5\cdot 0+6\cdot 1=12+0+6=18.$

Vektoriaus ilgis

Išnagrinėkime atvejį, kai atliekama vektoriaus skaliarinė sandauga su juo pačiu. Plokštumos (2-matės erdvės) bei įprastos koordinačių sistemos atveju turėsime:

$v\cdot v=(v_{1})^{2}+(v_{2})^{2}$.

Prisiminus Pitagoro teoremą, teigiančią, jog stataus trikampio įstrižainės ilgio kvadratas yra lygus trikampio kraštinių ilgių kvadratų sumai, tampa natūralus toks vektoriaus ilgio apibūdinimas:

$||v||={\sqrt {v\cdot v}}$.

Atkreipkite dėmesį, jog jei nors vienas iš vektoriaus narių bus didesnis nei kiti, tai jo pakėlimas kvadratu lems viso vektoriaus ilgį.

Pavyzdžiui, vektoriaus a(3; -2; 4) ilgis (tai yra ilgis nuo taško (0; 0; 0) iki taško (3; -2; 4)):

$||a||={\sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}+a_{z}^{2}}}={\sqrt {3^{2}+(-2)^{2}+4^{2}}}={\sqrt {9+4+16}}={\sqrt {29}}\approx 5.385.$

Pavyzdžiui, žinomos vektoriaus pradžios A(3; 2; -4) ir galo B(6; -5; -2) koordinatės. Tada vektoriaus ilgis bus

$AB={\sqrt {(x_{2}-x_{1})^{2}+(y_{2}-y_{1})^{2}+(z_{2}-z_{1})^{2}}}={\sqrt {(6-3)^{2}+(-5-2)^{2}+(-2-4)^{2}}}=$

$={\sqrt {9+49+4}}={\sqrt {62}}\approx 7.874.$

Jeigu vektoriaus pradžios koordinatės A(0; 0; 0), o galo koordinatės B(6; -5; -2), tai vektoriaus AB ilgis bus:

$AB={\sqrt {(6-0)^{2}+(-5-0)^{2}+(-2-0)^{2}}}={\sqrt {36+25+4}}={\sqrt {65}}\approx 8.062.$

Vektoriaus sandaugos su skaliaru duos:

||cv||=c ||v||.

• Pavyzdžiui, vektorius a(3; -2; 4) ir skaliaras c=5. Tada ca=(15; -10; 20).

$c||a||=c{\sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}+a_{z}^{2}}}=5{\sqrt {3^{2}+(-2)^{2}+4^{2}}}=5{\sqrt {9+4+16}}=5{\sqrt {29}}.$

$||ca||={\sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}+a_{z}^{2}}}={\sqrt {15^{2}+(-10)^{2}+20^{2}}}={\sqrt {225+100+400}}={\sqrt {725}}=5{\sqrt {29}}.$

Trikampio nelygybė naudojama apibūdinti dviejų vektorių sumos ilgį:

||v+w||<=||v||+||w||.

• Pavyzdžiui, yra vektoriai v=(3; -2; 4) ir w=(1; 5; 8). z=v+w=(3+1; -2+5; 4+8)=(4; 3; 12).

$||z||={\sqrt {4^{2}+3^{2}+12^{2}}}={\sqrt {16+9+144}}={\sqrt {169}}=13.$

$||v||={\sqrt {3^{2}+(-2)^{2}+4^{2}}}={\sqrt {29}}\approx 5.385164807.$

$||w||={\sqrt {1^{2}+5^{2}+8^{2}}}={\sqrt {1+25+64}}={\sqrt {90}}=3{\sqrt {10}}\approx 9.486832981.$

||v||+||w||=5.385164807+9.486832981=14.87199779.

$||z||=||v+w||=13\leq 14.87199779=||v||+||w||.$

Atstumas tarp vektorių

Atstumas tarp vieno vektoriaus galo ir kito vektoriaus galo (atstumas tarp dviejų taškų n-matėje koordinačių sistemoje) matuojamas pagal formulę:

$\|v-w\|={\sqrt {\sum _{i=1}^{n}(v_{i}-w_{i})^{2}}}={\sqrt {(v_{1}-w_{1})^{2}+(v_{2}-w_{2})^{2}+...+(v_{n}-w_{n})^{2}}}.$

Pavyzdžiai

• Turime vektorius v=[3, 6], w=[7, 4]. Atstumas tarp jų galų:

${\sqrt {(3-7)^{2}+(6-4)^{2}}}={\sqrt {20}}\approx 4,47.$

• Rasime trikampio, esančio trimatėje erdvėje, plotą. Trikampio viršunių koordinates (x; y; z) yra tokios: A(8; 3; -3); B(3; 2; -1); C(4; 0; -3). Dabar reikia surasti tiesių ilgius AB, AC ir BC:

$a=AB={\sqrt {(8-3)^{2}+(3-2)^{2}+(-3-(-1))^{2}}}={\sqrt {30}},$

$b=AC={\sqrt {(8-4)^{2}+(3-0)^{2}+(-3-(-3))^{2}}}=5,$

$c=BC={\sqrt {(3-4)^{2}+(2-0)^{2}+(-1-(-3))^{2}}}=3.$

Taikydami Herono formule apskaičiuojame trikampio pusperimetrį p:

$p={\frac {a+b+c}{2}}={\frac {{\sqrt {30}}+5+3}{2}}\approx 13.477.$

Ir trikampio plotą S:

$S={\sqrt {p(p-a)(p-b)(p-c)}}\approx {\sqrt {13.477(13.477-5.477)(13.477-5)(13.477-3)}}\approx 97.855$

• Rasime trikampio plotą, kurio višunės yra taškuose A(1; 3; -2), B(2; -1; 3), C(0; 2; 4).

$a=AB={\sqrt {(1-2)^{2}+(3+1)^{2}+(-2-3)^{2}}}={\sqrt {1+16+25}}={\sqrt {42}}\approx 6.48,$

$b=AC={\sqrt {(1-0)^{2}+(3-2)^{2}+(-2-4)^{2}}}={\sqrt {1+1+36}}={\sqrt {38}}\approx 6.16,$

$c=BC={\sqrt {(2-0)^{2}+(-1-2)^{2}+(3-4)^{2}}}={\sqrt {4+9+1}}={\sqrt {14}}\approx 3.74.$

$p={\frac {{\sqrt {42}}+{\sqrt {38}}+{\sqrt {14}}}{2}}\approx 8.193406044.$

$S\approx {\sqrt {8.193406044(8.193406044-{\sqrt {42}})(8.193406044-{\sqrt {38}})(8.193406044-{\sqrt {14}})}}\approx$ $\approx {\sqrt {8.193406044\cdot 1,712665346\cdot 2,028992041\cdot 4,451748657}}={\sqrt {126,750000}}=11.25833025.$

Šio trikampio plotą galima apskaičiuoti naudojantis vektorine sandauga. AB=(2-1; -1-3; 3+2)=(1; -4; 5), AC=(0-1; 2-3; 4+2)=(-1; -1; 6). $AB\times AC={\begin{vmatrix}i&j&k\\1&-4&5\\-1&-1&6\end{vmatrix}}={\begin{vmatrix}-4&5\\-1&6\end{vmatrix}}i-{\begin{vmatrix}1&5\\-1&6\end{vmatrix}}j+{\begin{vmatrix}1&-4\\-1&-1\end{vmatrix}}k=-19i-11j-5k=(-19;-11;-5).$

$\|AB\times AC\|={\sqrt {(-19)^{2}+(-11)^{2}+(-5)^{2}}}={\sqrt {507}}.$

$S_{\Delta ABC}={\frac {1}{2}}\|AB\times AC\|={\frac {1}{2}}{\sqrt {507}}\approx 11.25833025.$

Vektoriaus projekcijos į koordinačių ašis

Vektoriaus ${\vec {a}}=(a_{x};a_{y};a_{z})$ projekcija į ašį Ox yra:

$\cos \alpha ={\frac {a_{x}}{\|{\vec {a}}\|}}={\frac {a_{x}}{\sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}+a_{z}^{2}}}}.$

Vektoriaus ${\vec {a}}=(a_{x};a_{y};a_{z})$ projekcija į ašį Oy yra:

$\cos \beta ={\frac {a_{y}}{\|{\vec {a}}\|}}={\frac {a_{y}}{\sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}+a_{z}^{2}}}}.$

Vektoriaus ${\vec {a}}=(a_{x};a_{y};a_{z})$ projekcija į ašį Oz yra:

$\cos \gamma ={\frac {a_{z}}{\|{\vec {a}}\|}}={\frac {a_{z}}{\sqrt {a_{x}^{2}+a_{y}^{2}+a_{z}^{2}}}}.$

Tada $\cos ^{2}\alpha +\cos ^{2}\beta +\cos ^{2}\gamma =1.$

Vectoriaus ${\vec {a}}=(a_{x};a_{y};a_{z})$ ortas yra:

${\vec {a}}^{o}={\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}=({\frac {a_{x}}{\|{\vec {a}}\|}};{\frac {a_{y}}{\|{\vec {a}}\|}};{\frac {a_{z}}{\|{\vec {a}}\|}})=(\cos \alpha ;\cos \beta ;\cos \gamma ).$

Projekcija vieno vektoriaus į kitą vektorių

Vektoriaus a projekcija vektoriuje b yra lygi

$pr_{\vec {b}}{\vec {a}}={\frac {{\vec {a}}\cdot {\vec {b}}}{\|{\vec {b}}\|}}.$

• Pavyzdis. Duoti vektoriai a=(3; 4), b=(6; 0). Rasime vektoriaus a projekcijos ilgį vektoriuje b. Gauname:

$pr_{\vec {b}}{\vec {a}}={\frac {{\vec {a}}\cdot {\vec {b}}}{\|{\vec {b}}\|}}={\frac {3\cdot 6+4\cdot 0}{\sqrt {0^{2}+6^{2}}}}={\frac {18}{\sqrt {36}}}={\frac {18}{6}}=3.$

• Pavyzdis. Duoti vektoriai a=(3; 4), b=(0; 6). Rasime vektoriaus a projekcijos ilgį vektoriuje b. Gauname:

$pr_{\vec {b}}{\vec {a}}={\frac {{\vec {a}}\cdot {\vec {b}}}{\|{\vec {b}}\|}}={\frac {3\cdot 0+4\cdot 6}{\sqrt {0^{2}+6^{2}}}}={\frac {24}{\sqrt {36}}}={\frac {24}{6}}=4.$

• Pavyzdis. Duoti vektoriai a=(6; 0), b=(3; 4). Rasime vektoriaus a projekcijos ilgį vektoriuje b. Gauname:

$pr_{\vec {b}}{\vec {a}}={\frac {{\vec {a}}\cdot {\vec {b}}}{\|{\vec {b}}\|}}={\frac {6\cdot 3+0\cdot 4}{\sqrt {3^{2}+4^{2}}}}={\frac {18}{\sqrt {25}}}={\frac {18}{5}}=3.6.$

• Pavyzdis. Duoti vektoriai a=(0; 6), b=(3; 4). Rasime vektoriaus a projekcijos ilgį vektoriuje b. Gauname:

$pr_{\vec {b}}{\vec {a}}={\frac {{\vec {a}}\cdot {\vec {b}}}{\|{\vec {b}}\|}}={\frac {0\cdot 3+6\cdot 4}{\sqrt {3^{2}+4^{2}}}}={\frac {24}{\sqrt {25}}}={\frac {24}{5}}=4.8.$

• Randame projekcija vektoriaus AD={4; 4; -6} vektoriuje AG={-0.16178814; 1.49809435; 0.093183585}, tos projekcijos ilgis yra AE. Gauname:

$AE=pr_{\vec {AG}}{\vec {AD}}={\frac {{\vec {AD}}\cdot {\vec {AG}}}{\|{\vec {AG}}\|}}={\frac {4\cdot (-0.16178814)+4\cdot 1.49809435+(-6)\cdot 0.093183585}{\sqrt {(-0.16178814)^{2}+1.49809435^{2}+0.093183585^{2}}}}=$

$={\frac {-0.64715256+5.9923774-0.55910151}{\sqrt {0.026175402+2.244286682+0.00868318}}}={\frac {4.78612333}{\sqrt {2.279145264}}}={\frac {4.78612333}{1.509683829}}=3.170281908.$

Pusiaukampinė tarp vektorių

Jei duoti vektoriai a=OA ir b=OB, tai pusiaukampinės ON=c (arba tiesiog, taško N koordinatės, kai taškas O(0; 0; 0)) koordinatės yra:

${\vec {c}}={\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}+{\frac {\vec {b}}{\|{\vec {b}}\|}}.$

Vektoriaus a ortas yra ${\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}.$

Vektoriaus ON ortas yra:

${\frac {{\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}+{\frac {\vec {b}}{\|{\vec {b}}\|}}}{\|{\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}+{\frac {\vec {b}}{\|{\vec {b}}\|}}\|}}.$

Vektoriaus ortas ir vektorius yra vienakrypčiai, tačiau vektoriaus orto ilgis lygus 1.

$\|{\frac {{\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}+{\frac {\vec {b}}{\|{\vec {b}}\|}}}{\|{\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}+{\frac {\vec {b}}{\|{\vec {b}}\|}}\|}}\|=1.$

Vektorių a ir b ortų ilgiai lygus vienam, $\|{\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}\|=1;\,\,\,\|{\frac {\vec {b}}{\|{\vec {b}}\|}}\|=1.$

Vektorių padauginus iš skaliaro, vektroriaus ilgis pasikeičia, o kryptis išlieka ta pati.

• Pavyzdis. Duoti vektoriai a=(5; 3), b=(4; 20). Pusiaukampinė yra:

${\vec {c}}={\frac {\vec {a}}{\|{\vec {a}}\|}}+{\frac {\vec {b}}{\|{\vec {b}}\|}}={\frac {5i+3j}{\sqrt {5^{2}+3^{2}}}}+{\frac {4i+20j}{\sqrt {4^{2}+20^{2}}}}={\frac {5i+3j}{\sqrt {25+9}}}+{\frac {4i+20j}{\sqrt {16+400}}}={\frac {5i}{\sqrt {34}}}+{\frac {3j}{\sqrt {34}}}+{\frac {4i}{\sqrt {416}}}+{\frac {20j}{\sqrt {416}}}=$

$={\frac {5{\sqrt {416}}+4{\sqrt {34}}}{{\sqrt {34}}\cdot {\sqrt {416}}}}i+{\frac {3{\sqrt {416}}+20{\sqrt {34}}}{{\sqrt {34}}\cdot {\sqrt {416}}}}j={\frac {5\cdot 4{\sqrt {26}}+4{\sqrt {34}}}{{\sqrt {34}}\cdot 4{\sqrt {26}}}}i+{\frac {3\cdot 4{\sqrt {26}}+20{\sqrt {34}}}{{\sqrt {34}}\cdot 4{\sqrt {26}}}}j=$

$={\frac {5{\sqrt {26}}+{\sqrt {34}}}{{\sqrt {34}}\cdot {\sqrt {26}}}}i+{\frac {3{\sqrt {26}}+5{\sqrt {34}}}{{\sqrt {34}}\cdot {\sqrt {26}}}}j={\frac {5{\sqrt {26}}+{\sqrt {34}}}{\sqrt {884}}}i+{\frac {3{\sqrt {26}}+5{\sqrt {34}}}{\sqrt {884}}}j=$

$=0.857492925i+0.514495755j+0.196116135i+0.980580675j=1.053609061i+1.495076431j=(1.053609061;1.495076431).$

Jei yra taškai O(0; 0), A(5; 3), B(4; 20), tai taškas N(1.053609061; 1.495076431) su tašku O(0; 0) sudaro tiesę ON, kuri yra pusiaukampinė tarp tiesių OA ir OB.

Randame kampą tarp tiesių ON ir OB.

$\cos \phi _{1}={\frac {{\vec {c}}\cdot {\vec {b}}}{\|{\vec {c}}\|\cdot \|{\vec {b}}\|}}={\frac {1.053609061\cdot 4+1.495076431\cdot 20}{{\sqrt {1.05360906^{2}+1.495076431^{2}}}\cdot {\sqrt {4^{2}+20^{2}}}}}={\frac {4.214436243+29.90152862}{{\sqrt {3.345345588}}\cdot {\sqrt {416}}}}=$

$={\frac {34.11596487}{37.30500991}}=0.914514295.$

$={\frac {83}{{\sqrt {155}}\cdot {\sqrt {117}}}}={\frac {83}{\sqrt {18135}}}={\frac {83}{134.6662541}}=0.616338521.$

$\phi _{1}=\arccos(0.912101751)=0.416490632$ arba 23.86315547 laipsnio.

Randame kampą tarp tiesių OA ir OB, gauname:

$\cos \phi _{2}={\frac {{\vec {a}}\cdot {\vec {b}}}{\|{\vec {a}}\|\cdot \|{\vec {b}}\|}}={\frac {5\cdot 4+3\cdot 20}{{\sqrt {5^{2}+3^{2}}}\cdot {\sqrt {4^{2}+20^{2}}}}}={\frac {20+60}{{\sqrt {34}}\cdot {\sqrt {416}}}}={\frac {80}{\sqrt {14144}}}=0.672672794.$

$\phi _{2}=\arccos {\frac {80}{\sqrt {14144}}}=\arccos(0.672672794)=0.832981266$ arba 47.72631099 laipsnių. Palyginimui, $2\phi _{1}=2\cdot 0.416490632=0.832981265.$

• Rasime pusiaukampinę kampo tarp vektorių AB ir AC. Sudėję šių vektorių ortus gausime naują vektorių AG, kurio koordinatės yra:

${\vec {AG}}={\frac {\vec {AB}}{\|{\vec {AB}}\|}}+{\frac {\vec {AC}}{\|{\vec {AC}}\|}}={\frac {2i+3j+1k}{\sqrt {2^{2}+3^{2}+1^{2}}}}+{\frac {-4i+4j-1k}{\sqrt {(-4)^{2}+4^{2}+(-1)^{2}}}}={\frac {2i+3j+1k}{\sqrt {4+9+1}}}+{\frac {-4i+4j-1k}{\sqrt {16+16+1}}}=$

$={\frac {2i+3j+1k}{\sqrt {14}}}+{\frac {-4i+4j-1k}{\sqrt {33}}}={\frac {2i}{\sqrt {14}}}+{\frac {-4i}{\sqrt {33}}}+{\frac {3j}{\sqrt {14}}}+{\frac {4j}{\sqrt {33}}}+{\frac {k}{\sqrt {14}}}+{\frac {-k}{\sqrt {33}}}={\frac {2{\sqrt {33}}-4{\sqrt {14}}}{{\sqrt {14}}\cdot {\sqrt {33}}}}i+{\frac {3{\sqrt {33}}+4{\sqrt {14}}}{{\sqrt {14}}\cdot {\sqrt {33}}}}j+{\frac {{\sqrt {33}}-{\sqrt {14}}}{{\sqrt {14}}\cdot {\sqrt {33}}}}k=$

$={\frac {2{\sqrt {33}}-4{\sqrt {14}}}{\sqrt {462}}}i+{\frac {3{\sqrt {33}}+4{\sqrt {14}}}{\sqrt {462}}}j+{\frac {{\sqrt {33}}-{\sqrt {14}}}{\sqrt {462}}}k=-0.16178814i+1.49809435j+0.093183585k.$

Rasime kampą tarp vektoriaus AG={-0.16178814; 1.49809435; 0.093183585} ir vektoriaus AB={2; 3; 1}. Taigi,

$\cos \phi _{1}={\frac {-0.16178814\cdot 2+1.49809435\cdot 3+0.093183585\cdot 1}{{\sqrt {(-0.16178814)^{2}+1.49809435^{2}+0.093183585^{2}}}\cdot {\sqrt {2^{2}+3^{2}+1^{2}}}}}=$

$={\frac {-0.32357628+4.49428305+0.093183585}{{\sqrt {0.026175402+2.244286682+0.00868318}}\cdot {\sqrt {4+9+1}}}}={\frac {4.263890355}{{\sqrt {2.279145264}}\cdot {\sqrt {14}}}}={\frac {4.263890355}{\sqrt {31.9080337}}}={\frac {4.263890355}{5.648719651}}=0.754841914.$

$\phi _{1}=\arccos(0.754841914)=0.715383259$ radiano arba 40.98844149 laipsnio.

Patikrinimui, rasime kampą tarp vektoriaus AC={-4; 4; -1} ir AB={2; 3; 1}, taigi

$\cos \phi _{2}={\frac {(-4)\cdot 2+4\cdot 3+(-1)\cdot 1}{{\sqrt {(-4)^{2}+4^{2}+(-1)^{2}}}\cdot {\sqrt {2^{2}+3^{2}+1^{2}}}}}={\frac {-8+12-1}{{\sqrt {16+16+1}}\cdot {\sqrt {4+9+1}}}}={\frac {3}{{\sqrt {33}}\cdot {\sqrt {14}}}}={\frac {3}{\sqrt {462}}}=0.139572631.$

$\phi _{2}=\arccos {\frac {3}{\sqrt {462}}}=1.430766518$ radiano arba 81,97688296 laipsnio. Patikriname, kad $\phi _{2}=2\cdot \phi _{1}=2\cdot 40.98844149=81.97688298.$

Kampo tarp vektorių radimas su kosinusu

Kampas tarp dviejų vektorių yra išreiškiamas per jų skaliarinę sandaugą:

$\cos \phi ={\frac {\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} }{||\mathbf {a} ||\cdot ||\mathbf {b} ||}}$.

$\phi =\arccos {\frac {\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} }{||\mathbf {a} ||\cdot ||\mathbf {b} ||}}.$

Remiantis šia formule tampa akivaizdu kodėl yra sakoma, jog skaliarinė vektorių sandauga parodo vektorių atitikimą (panašumą) vienas kitam.

$\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} =||\mathbf {a} ||\cdot ||\mathbf {b} ||\cdot \cos \phi .$

• Pavyzdžiui, duoti vektoriai a=(1; -2; 2), b=(3; 0; -4).

$\cos \phi ={\frac {a\cdot b}{||a||\cdot ||b||}}={\frac {1\cdot 3+(-2)\cdot 0+2\cdot (-4)}{{\sqrt {1^{2}+(-2)^{2}+2^{2}}}\cdot {\sqrt {3^{2}+0^{2}+(-4)^{2}}}}}={\frac {3-8}{{\sqrt {1+4+4}}\cdot {\sqrt {9+0+16}}}}=$

$={\frac {-5}{{\sqrt {9}}\cdot {\sqrt {25}}}}={\frac {-5}{3\cdot 5}}=-{\frac {1}{3}}.$

$\phi =\arccos {\frac {-1}{3}}=1.910633236$ arba 109,4712206 laipsnių.

Taikydami kosinusų toeremą patikrinsime ar kampas $\phi$ surastas teisingai. Atkarpos f ilgis iš taško a=(1; -2; 2) iki taško b=(3; 0; -4) yra lygus

$f={\sqrt {(1-3)^{2}+(-2-0)^{2}+(2-(-4))^{2}}}={\sqrt {4+4+36}}={\sqrt {44}}=2{\sqrt {11}}=6.633249581.$

Iš kosinusų teoremos žinome, kad $f^{2}\ =a^{2}+b^{2}-2ab\cos(\phi )$;

$\cos \phi ={f^{2}-a^{2}-b^{2} \over -2ab}={(2{\sqrt {11}})^{2}-3^{2}-5^{2} \over -2\cdot 3\cdot 5}={44-9-25 \over -30}={10 \over -30}=-{1 \over 3}.$

• Pavyzdžiui, duoti vektoriai a=(1; -2; 0), b=(3; 0; 0).

$\cos \phi ={\frac {a\cdot b}{||a||\cdot ||b||}}={\frac {1\cdot 3+(-2)\cdot 0+0\cdot 0}{{\sqrt {1^{2}+(-2)^{2}}}\cdot {\sqrt {3^{2}+0^{2}}}}}={\frac {3}{{\sqrt {1+4}}\cdot {\sqrt {9+0}}}}=$

$={\frac {3}{{\sqrt {5}}\cdot 3}}={1 \over {\sqrt {5}}}=0,447213595.$

$\phi =\arccos {1 \over {\sqrt {5}}}=1.107148718$ arba 63,43494882 laipsnių.

• Pavyzdžiui, duoti vektoriai a=(3; 5; 11), b=(7; 8; 2).

$\cos \phi ={\frac {a\cdot b}{||a||\cdot ||b||}}={\frac {3\cdot 7+5\cdot 8+11\cdot 2}{{\sqrt {3^{2}+5^{2}+11^{2}}}\cdot {\sqrt {7^{2}+8^{2}+2^{2}}}}}={\frac {21+40+22}{{\sqrt {9+25+121}}\cdot {\sqrt {49+64+4}}}}=$

$={\frac {83}{{\sqrt {155}}\cdot {\sqrt {117}}}}={\frac {83}{\sqrt {18135}}}={\frac {83}{134.6662541}}=0.616338521.$

$\phi =\arccos(0.616338521)=0.906711738$ arba 51.95075583 laipsnių.

Taikydami kosinusų toeremą patikrinsime ar kampas $\phi$ surastas teisingai. Atkarpos f ilgis iš taško a=(3; 5; 11) iki taško b=(7; 8; 2) yra lygus

$f={\sqrt {(3-7)^{2}+(5-8)^{2}+(11-2)^{2}}}={\sqrt {16+9+81}}={\sqrt {106}}=10.29563014.$

Iš kosinusų teoremos žinome, kad $f^{2}\ =a^{2}+b^{2}-2ab\cos(\phi )$;

$\cos \phi ={f^{2}-a^{2}-b^{2} \over -2ab}={({\sqrt {106}})^{2}-({\sqrt {155}})^{2}-({\sqrt {117}})^{2} \over -2\cdot {\sqrt {155}}\cdot {\sqrt {117}}}={106-155-117 \over -2{\sqrt {18135}}}={-166 \over -2{\sqrt {18135}}}=$

$={83 \over {\sqrt {18135}}}=0.616338521.$

• Rasti, kampą tarp vektoriaus ${\vec {a}}=\{1;1;1\}$ ir vektoriaus ${\vec {a}}'=\{2;3;-4\}.$

$\cos \alpha ={\frac {{\vec {a}}\cdot {\vec {a}}'}{\|{\vec {a}}\|\cdot \|{\vec {a}}'\|}}={\frac {1\cdot 2+1\cdot 3+1\cdot (-4)}{{\sqrt {1^{2}+1^{2}+1^{2}}}\cdot {\sqrt {2^{2}+3^{2}+(-4)^{2}}}}}={\frac {2+3-4}{{\sqrt {1+1+1}}\cdot {\sqrt {4+9+16}}}}=$

$={\frac {1}{{\sqrt {3}}\cdot {\sqrt {29}}}}={\frac {1}{\sqrt {87}}}={\frac {1}{9.327379053}}=0.107211253.$

$\alpha =\arccos {\frac {1}{\sqrt {87}}}=\arccos(0.107211253)=1.463378618$ arba 83.84541865 laipsniai.

• Įrodyti, kad kampas tarp vektoriaus ${\vec {a}}=\{2;2t;-t^{2}\}$ orto ${\vec {a}}^{\circ }=\{{\frac {2}{2+t^{2}}};{\frac {2t}{2+t^{2}}};{\frac {-t^{2}}{2+t^{2}}}\}$ ir vektoriaus ${\vec {a}}$ orto išvestinės lygus 90 laipsnių, kai parametras $t=1$.

$\|{\vec {a}}\|={\sqrt {2^{2}+(2t)^{2}+(-t^{2})^{2}}}={\sqrt {4+4t^{2}+t^{4}}}={\sqrt {(t^{2}+2)^{2}}}=t^{2}+2.$

Sprendimas.

Vektoriaus ${\vec {a}}^{\circ }$ išvestinė yra:

$({\vec {a}}^{\circ })'=\{({\frac {2}{2+t^{2}}})';({\frac {2t}{2+t^{2}}})';({\frac {-t^{2}}{2+t^{2}}})'\}=\{-{\frac {2\cdot 2t}{(2+t^{2})^{2}}};{\frac {2(2+t^{2})-2t\cdot 2t}{(2+t^{2})^{2}}};{\frac {-2t(2+t^{2})-(-t^{2})\cdot 2t}{(2+t^{2})^{2}}}\}=$

$=\{{\frac {-4t}{(2+t^{2})^{2}}};{\frac {4-2t^{2}}{(2+t^{2})^{2}}};{\frac {-4t}{(2+t^{2})^{2}}}\}.$

Randame vektorių reikšmes taške $M_{1}(1;1;1)$:

${\vec {a}}^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {2}{2+1^{2}}};{\frac {2\cdot 1}{2+1^{2}}};{\frac {-1^{2}}{2+1^{2}}}\}=\{{\frac {2}{3}};{\frac {2}{3}};{\frac {-1}{3}}\};$

$({\vec {a}}^{\circ })'|_{t=1}=\{{\frac {-4\cdot 1}{(2+1^{2})^{2}}};{\frac {4-2\cdot 1^{2}}{(2+1^{2})^{2}}};{\frac {-4\cdot 1}{(2+1^{2})^{2}}}\}=\{{\frac {-4}{9}};{\frac {2}{9}};{\frac {-4}{9}}\}.$

Randame kampą tarp vektoriaus ${\vec {a}}^{\circ }$ ir vektoriaus $({\vec {a}}^{\circ })'$ taške $M_{1}(1;1;1)$:

$\cos \alpha ={\frac {{\vec {a}}^{\circ }|_{t=1}\cdot ({\vec {a}}^{\circ })'|_{t=1}}{\|{\vec {a}}^{\circ }|_{t=1}\|\cdot \|({\vec {a}}^{\circ })'|_{t=1}\|}}={\frac {{\frac {2}{3}}\cdot {\frac {-4}{9}}+{\frac {2}{3}}\cdot {\frac {2}{9}}+{\frac {-1}{3}}\cdot {\frac {-4}{9}}}{{\sqrt {({\frac {2}{3}})^{2}+({\frac {2}{3}})^{2}+({\frac {-1}{3}})^{2}}}\cdot {\sqrt {({\frac {-4}{9}})^{2}+({\frac {2}{9}})^{2}+({\frac {-4}{9}})^{2}}}}}={\frac {{\frac {-8}{27}}+{\frac {4}{27}}+{\frac {4}{27}}}{{\sqrt {{\frac {4}{9}}+{\frac {4}{9}}+{\frac {1}{9}}}}\cdot {\sqrt {{\frac {16}{81}}+{\frac {4}{81}}+{\frac {16}{81}}}}}}=$

$={\frac {0}{{\sqrt {1}}\cdot {\sqrt {\frac {36}{81}}}}}={\frac {0}{1\cdot {\frac {6}{9}}}}={\frac {0}{\frac {2}{3}}}=0.$

$\alpha =\arccos(0)={\frac {\pi }{2}}=1.570796327$ arba 90 laipsnių.

• Duota kreivė užrašyta parametrinėmis lygtimis

$x=\phi (t)=t,\quad y=\psi (t)=t^{2},\quad z=\omega (t)=t^{3}.$

Rasti:

a) kreivės liestinės vektorių;

b) normalizuotą kreivės liestinės vektorių (ortą);

c) kreivės normalės vektorių iš normalizuoto liestinės vektoriaus;

d) kampą tarp liestinės orto (vektoriaus) ir normalės vektoriaus, kai parametro t reikšmė lygi 1 (kai $t=1$);

e) kampą tarp liestinės vektoriaus ir normalės vektoriaus, kai $t=1$, naudojantis normalės vektororiaus formule $\mathbf {n} =\{{\frac {1}{\pm \phi '(t)}};{\frac {1}{\pm \psi '(t)}};{\frac {1}{\pm \omega '(t)}}\},$ kuri šiai kreivei yra $\mathbf {n} =\{{\frac {2}{-3\phi '(t)}};{\frac {1}{3\psi '(t)}};{\frac {1}{3\omega '(t)}}\};$ padauginti iš ${\frac {2}{3}}$ reikia tą funkciją, kurios rodiklis ant t mažiausias; kadangi $x=\phi (t)$ reikia prilyginti t, jei $\phi (t)$ turi mažiausią rodiklį virš t, tai gaunasi, kad parametro t ir $\phi (t)$ reikšmė nekinta (funkcijos $\phi (t)=t$ kitimo greitis visose taškuose lygus nuliui, nes $\phi '(t)=t'=1$), bet linija vis tiek kyla aukštyn, todėl tą linijos kilimą reikia kompensuoti ${\frac {1}{3}}$ (nes trys koordinačių ašys), kad tikrai būtų liestinės normalė, bet taip padaryti galima tik padarius $1/\phi '(t)$ reikšmę viena trečiąja didesne.

f) kampą tarp liestinės vektoriaus ir normalės vektoriaus, kai $t=5$, naudojantis normalės vektororiaus formule $\mathbf {n} =\{{\frac {2}{-3\phi '(t)}};{\frac {1}{3\psi '(t)}};{\frac {1}{3\omega '(t)}}\}.$

Sprendimas.

a) Kreivės liestinės vektorius yra

$\mathbf {a} =\{t';(t^{2})';(t^{3})'\}=\{1;2t;3t^{2}\}.$

b) Vektoriaus $\mathbf {a}$ ilgis yra:

$\|\mathbf {a} \|={\sqrt {1^{2}+(2t)^{2}+(3t^{2})^{2}}}={\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}.$

Kreivės liestinės normalizuotas vektorius yra šis:

$\mathbf {a} ^{\circ }={\frac {\mathbf {a} }{\|\mathbf {a} \|}}=\{{\frac {1}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}};{\frac {2t}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}};{\frac {3t^{2}}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}\};$

jo reikšmė, kai $t=1$ yra

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {1}{\sqrt {1+4+9}}};{\frac {2}{\sqrt {1+4+9}}};{\frac {3}{\sqrt {1+4+9}}}\},$

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {1}{\sqrt {14}}};{\frac {2}{\sqrt {14}}};{\frac {3}{\sqrt {14}}}\}=\{0.267261241;0.534522483;0.801783725\}.$

c) Kreivės normalės vektorius yra liestinės vektoriaus orto išvestinė:

$\mathbf {n} =(\mathbf {a} ^{\circ })'=\{({\frac {1}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}})';({\frac {2t}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}})';({\frac {3t^{2}}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}})'\},$

$\mathbf {n} =\{-{\frac {(1+4t^{2}+9t^{4})'}{2{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}}};{\frac {(2t)'{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}-2t({\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}})'}{({\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}})^{2}}};{\frac {(3t^{2})'{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}-3t^{2}({\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}})'}{({\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}})^{2}}}\},$

$\mathbf {n} =\{-{\frac {8t+36t^{3}}{2{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}}};{\frac {2{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}-2t\cdot {\frac {(1+4t^{2}+9t^{4})'}{2{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}}}{1+4t^{2}+9t^{4}}};{\frac {6t{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}-3t^{2}\cdot {\frac {(1+4t^{2}+9t^{4})'}{2{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}}}{1+4t^{2}+9t^{4}}}\},$

$\mathbf {n} =\{-{\frac {8t+36t^{3}}{2{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}}};{\frac {2{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}-2t\cdot {\frac {8t+36t^{3}}{2{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}}}{1+4t^{2}+9t^{4}}};{\frac {6t{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}-3t^{2}\cdot {\frac {8t+36t^{3}}{2{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}}}{1+4t^{2}+9t^{4}}}\},$

$\mathbf {n} =\{-{\frac {8t+36t^{3}}{2{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}}};{\frac {2}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}-2t\cdot {\frac {8t+36t^{3}}{2{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}}};{\frac {6t}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}-3t^{2}\cdot {\frac {8t+36t^{3}}{2{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}}}\},$

$\mathbf {n} =\{-{\frac {4t+18t^{3}}{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}};{\frac {2}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}-{\frac {2t(4t+18t^{3})}{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}};{\frac {6t}{\sqrt {1+4t^{2}+9t^{4}}}}-{\frac {3t^{2}(4t+18t^{3})}{\sqrt {(1+4t^{2}+9t^{4})^{3}}}}\};$

su reikšme $t=1$ kreivės normalės vektorius statmenas liestienei yra:

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{-{\frac {4+18}{\sqrt {(1+4+9)^{3}}}};{\frac {2}{\sqrt {1+4+9}}}-{\frac {2(4+18)}{\sqrt {(1+4+9)^{3}}}};{\frac {6}{\sqrt {1+4+9}}}-{\frac {3(4+18)}{\sqrt {(1+4+9)^{3}}}}\},$

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{-{\frac {22}{\sqrt {14^{3}}}};{\frac {2}{\sqrt {14}}}-{\frac {2\cdot 22}{\sqrt {14^{3}}}};{\frac {6}{\sqrt {14}}}-{\frac {3\cdot 22}{\sqrt {14^{3}}}}\},$

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{-{\frac {22}{\sqrt {2744}}};{\frac {2}{\sqrt {14}}}-{\frac {44}{\sqrt {2744}}};{\frac {6}{\sqrt {14}}}-{\frac {66}{\sqrt {2744}}}\},$

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{-{\frac {22}{52.38320341}};{\frac {2}{3.741657387}}-{\frac {44}{52.38320341}};{\frac {6}{3.741657387}}-{\frac {66}{52.38320341}}\},$

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{-0.419981951;0.534522483-0.839963903;1.603567451-1.259945855\},$

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{-0.419981951;-0.305441419;0.343621596\};$

normalizuotas kreivės normalės vektorius yra šis:

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}={\frac {\mathbf {n} |_{t=1}}{\sqrt {(-0.419981951)^{2}+(-0.305441419)^{2}+(0.343621596)^{2}}}},$

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}={\frac {\mathbf {n} |_{t=1}}{\sqrt {0.17638484+0.093294461+0.118075802}}}={\frac {\mathbf {n} |_{t=1}}{\sqrt {0.387755103}}}={\frac {\mathbf {n} |_{t=1}}{0.62269985}},$

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-0.419981951}{0.62269985}};{\frac {-0.305441419}{0.62269985}};{\frac {0.343621596}{0.62269985}}\}=\{-0.674453271;-0.49051147;0.551825403\}.$

d) Kampas $\alpha$ tarp kreivės liestinės normalizuoto vektoriaus ir kreivės normalės vektoriaus yra toks:

$\cos \alpha ={\frac {\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}\cdot \mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}}{\|\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}\|\cdot \|\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}\|}}=$

$={\frac {0.267261241\cdot (-0.674453271)+0.534522483\cdot (-0.49051147)+0.801783725\cdot 0.551825403}{{\sqrt {1}}\cdot {\sqrt {1}}}}=$

$=-0.180255218-0.262189408+0.442444627=-0.442444626+0.442444627=0.000000001=0;$

$\alpha =\arccos(0)={\frac {\pi }{2}}=1.570796327$ arba 90 laipsnių.

e) Kreivės liestinės vektorius yra

$\mathbf {a} =\{1;2t;3t^{2}\};$

kreivės liestinės vektorius, kai $t=1$ yra:

$\mathbf {a} |_{t=1}=\{1;2;3\};$

kreivės liestinės vektoriaus ortas, kai $t=1$, yra:

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {1}{\sqrt {1+4+9}}};{\frac {2}{\sqrt {1+4+9}}};{\frac {3}{\sqrt {1+4+9}}}\},$

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {1}{\sqrt {14}}};{\frac {2}{\sqrt {14}}};{\frac {3}{\sqrt {14}}}\}=\{0.267261241;0.534522483;0.801783725\}.$

kreivės pseudonormalės vektorius yra:

$\mathbf {p} =\{{\frac {1}{-\phi '(t)}};{\frac {1}{\psi '(t)}};{\frac {1}{\omega '(t)}}=\{-1;{\frac {1}{2t}};{\frac {1}{3t}}\};$

kreivės normalės vektorius yra:

$\mathbf {n} =\{{\frac {2}{-3\phi '(t)}};{\frac {1}{3\psi '(t)}};{\frac {1}{3\omega '(t)}}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {1}{6t}};{\frac {1}{9t^{2}}}\};$

kreivės pseudonormalės vektorius, kai $t=1$, yra:

$\mathbf {p} |_{t=1}=\{-1;{\frac {1}{2}};{\frac {1}{3}}\};$

kreivės normalės vektorius, kai $t=1$, yra:

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {1}{6}};{\frac {1}{9}}\};$

kreivės pseudonormalės normalizuotas vektorius, kai $t=1$ yra:

$\mathbf {p} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-1}{\sqrt {(-1)^{2}+({1 \over 2})^{2}+({1 \over 3})^{2}}}};{\frac {\frac {1}{2}}{\sqrt {(-1)^{2}+({1 \over 2})^{2}+({1 \over 3})^{2}}}};{\frac {\frac {1}{3}}{\sqrt {(-1)^{2}+({1 \over 2})^{2}+({1 \over 3})^{2}}}}\},$

$\mathbf {p} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-1}{\sqrt {1+{1 \over 4}+{1 \over 9}}}};{\frac {\frac {1}{2}}{\sqrt {1+{1 \over 4}+{1 \over 9}}}};{\frac {\frac {1}{3}}{\sqrt {1+{1 \over 4}+{1 \over 9}}}}\}=\{{\frac {-1}{\sqrt {36+9+4 \over 36}}};{\frac {\frac {1}{2}}{\sqrt {36+9+4 \over 36}}};{\frac {\frac {1}{3}}{\sqrt {36+9+4 \over 36}}}\},$

$\mathbf {p} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-1}{\sqrt {49 \over 36}}};{\frac {\frac {1}{2}}{\sqrt {49 \over 36}}};{\frac {\frac {1}{3}}{\sqrt {49 \over 36}}}\}=\{{\frac {-1}{7 \over 6}};{\frac {\frac {1}{2}}{7 \over 6}};{\frac {\frac {1}{3}}{7 \over 6}}\},$

$\mathbf {p} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-6}{7}};{\frac {6}{14}};{\frac {6}{21}}\}=\{-0.857142857;0.428571428;0.285714285\};$

kreivės normalės normalizuotas vektorius, kai $t=1$ yra:

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-{\frac {2}{3}}}{\sqrt {(-{\frac {2}{3}})^{2}+({1 \over 6})^{2}+({1 \over 9})^{2}}}};{\frac {\frac {1}{6}}{\sqrt {(-{\frac {2}{3}})^{2}+({1 \over 6})^{2}+({1 \over 9})^{2}}}};{\frac {\frac {1}{9}}{\sqrt {(-{\frac {2}{3}})^{2}+({1 \over 6})^{2}+({1 \over 9})^{2}}}}\},$

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-{\frac {2}{3}}}{\sqrt {{4 \over 9}+{1 \over 36}+{1 \over 81}}}};{\frac {\frac {1}{6}}{\sqrt {{4 \over 9}+{1 \over 36}+{1 \over 81}}}};{\frac {\frac {1}{9}}{\sqrt {{4 \over 9}+{1 \over 36}+{1 \over 81}}}}\}=\{{\frac {-{\frac {2}{3}}}{\sqrt {4\cdot 36+9+4 \over 324}}};{\frac {\frac {1}{2}}{\sqrt {144+9+4 \over 324}}};{\frac {\frac {1}{3}}{\sqrt {144+9+4 \over 324}}}\},$

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-{\frac {2}{3}}}{\sqrt {157 \over 324}}};{\frac {\frac {1}{6}}{\sqrt {157 \over 324}}};{\frac {\frac {1}{9}}{\sqrt {157 \over 324}}}\}=\{-{2\cdot 18 \over 3\cdot {\sqrt {157}}};{\frac {18}{6\cdot {\sqrt {157}}}};{\frac {18}{9\cdot {\sqrt {157}}}}\},$

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-12}{\sqrt {157}}};{\frac {3}{\sqrt {157}}};{\frac {2}{\sqrt {157}}}\}=\{-0.957704261;0.239426065;0.159617376\};$

kampas tarp pseudonormalės ir liestinės vektorių yra:

$\cos \alpha =0.267261241\cdot (-0.857142857)+0.534522483\cdot 0.428571428+0.801783725\cdot 0.285714285=$

$=-0.229081063+0.229081063+0.229081063=0.229081063;$

$\alpha =\arccos(0.229081063)=1.33966279$ arba 76.75702383 laipsniai;

kampas tarp liestinės ir normalės vektoriaus yra:

$\cos \theta =0.267261241\cdot (-0.957704261)+0.534522483\cdot 0.239426065+0.801783725\cdot 0.159617376=$

$=-0.255957229+0.127978614+0.127978614=-0.255957229+0.255957229=0;$

$\theta =\arccos(0)={\frac {\pi }{2}}$ arba 90 laipsnių.

f) Kampas tarp pseudonormalės ir liestinės yra $\alpha =84.44409162$ laipsniai;

kreivės normalės vektorius yra:

$\mathbf {n} =\{{\frac {2}{-3\phi '(t)}};{\frac {1}{3\psi '(t)}};{\frac {1}{3\omega '(t)}}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {1}{6t}};{\frac {1}{9t^{2}}}\};$

kreivės normalės vektorius, kai $t=5$ yra:

$\mathbf {n} =\{-{\frac {2}{3}};{\frac {1}{6\cdot 5}};{\frac {1}{9\cdot 5^{2}}}\}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {1}{30}};{\frac {1}{225}}\};$

kreivės liestinės vektorius yra

$\mathbf {a} =\{1;2t;3t^{2}\};$

kreivės liestinės vektorius, kai $t=5$ yra

$\mathbf {a} =\{1;2\cdot 5;3\cdot 5^{2}\}=\{1;10;75\};$

Jeigu vektorių skaliarinė sandauga lygi nuliui, tai vektoriai yra statmeni vienas kitam:

$\mathbf {a} \cdot \mathbf {n} =1\cdot (-{\frac {2}{3}})+10\cdot {\frac {1}{30}}+75\cdot {\frac {1}{225}}=-{\frac {2}{3}}+{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{3}}=0.$

• Duota kreivė užrašyta parametrinėmis lygtimis

$x=\phi (t)=t^{2},\quad y=\psi (t)=t^{3},\quad z=\omega (t)=t^{4}.$

Rasti:

a) kreivės liestinės vektorių;

b) normalizuotą kreivės liestinės vektorių (ortą);

c) kreivės normalės vektorių iš normalizuoto liestinės vektoriaus;

d) kampą tarp liestinės orto (vektoriaus) ir normalės vektoriaus, kai parametro t reikšmė lygi 1;

e) normalizuotą liestinės vektorių naudojantis formule $\mathbf {b} =\{1;{\frac {\psi '(t)}{\phi '(t)}};{\frac {\omega '(t)}{\phi '(t)}}\}$ ir palyginti su normalizuotu liestinės vektoriu $\mathbf {a} =\{\phi '(t);\psi '(t);\omega '(t)\},$ kai $t=1$ ir kai $t=5$;

f) tikrąjį kreivės normalės vektorių naudojantis formule $\mathbf {n} =\{{\frac {2}{-3\phi '(t)}};{\frac {1}{3\psi '(t)}};{\frac {1}{3\omega '(t)}}\},$ kai $t=1$ ir kai $t=5$; apskaičiuoti kampą tarp šio normalės vektoriaus ir tarp liestinės vektoriaus, kai $t=1$ ir kai $t=5$;

g) tikrąjį kreivės normalės vektorių naudojantis formule $\mathbf {n} =\{{\frac {2}{-3{\phi '(t) \over \phi '(t)}}};{\frac {1}{3{\psi '(t) \over \phi '(t)}}};{\frac {1}{3{\omega '(t) \over \phi '(t)}}}\}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {\phi '(t)}{3\psi '(t)}};{\frac {\phi '(t)}{3\omega '(t)}}\},$ kai $t=1$ ir kai $t=5$; apskaičiuoti kampą tarp šio normalės vektoriaus ir tarp liestinės vektoriaus, kai $t=1$ ir kai $t=5$.

Sprendimas.

a) Kreivės liestinės vektorius yra

$\mathbf {a} =\{(t^{2})';(t^{3})';(t^{4})'\}=\{2t;3t^{2};4t^{3}\}.$

b) Vektoriaus $\mathbf {a}$ ilgis yra:

$\|\mathbf {a} \|={\sqrt {(2t)^{2}+(3t^{2})^{2}+(4t^{3})^{2}}}={\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}.$

Kreivės liestinės normalizuotas vektorius yra šis:

$\mathbf {a} ^{\circ }={\frac {\mathbf {a} }{\|\mathbf {a} \|}}=\{{\frac {2t}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}};{\frac {3t^{2}}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}};{\frac {4t^{3}}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}\};$

jo reikšmė, kai $t=1$ yra

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {2}{\sqrt {4+9+16}}};{\frac {3}{\sqrt {4+9+16}}};{\frac {4}{\sqrt {4+9+16}}}\},$

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {2}{\sqrt {29}}};{\frac {3}{\sqrt {29}}};{\frac {4}{\sqrt {29}}}\}=\{0.371390676;0.557086014;0.742781352\}.$

c) Kreivės normalės vektorius yra liestinės vektoriaus orto išvestinė:

$\mathbf {n} =(\mathbf {a} ^{\circ })'=\{({\frac {2t}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}})';({\frac {3t^{2}}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}})';({\frac {4t^{3}}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}})'\},$

$\mathbf {n} =\{{\frac {(2t)'{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-2t({\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}})'}{({\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}})^{2}}};{\frac {(3t^{2})'{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-3t^{2}({\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}})'}{({\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}})^{2}}};{\frac {(4t^{3})'{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-4t^{3}({\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}})'}{({\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}})^{2}}}\},$

$\mathbf {n} =\{{\frac {2{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-2t\cdot {\frac {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})'}{2{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}}}{4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}};{\frac {6t{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-3t^{2}\cdot {\frac {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})'}{2{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}}}{4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}};{\frac {12t^{2}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-4t^{3}\cdot {\frac {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})'}{2{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}}}{4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}\},$

$\mathbf {n} =\{{\frac {2{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-2t\cdot {\frac {8t+36t^{3}+96t^{5}}{2{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}}}{4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}};{\frac {6t{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-3t^{2}\cdot {\frac {8t+36t^{3}+96t^{5}}{2{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}}}{4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}};{\frac {12t^{2}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}-4t^{3}\cdot {\frac {8t+36t^{3}+96t^{5}}{2{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}}}{4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}\},$

$\mathbf {n} =\{{\frac {2}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}-2t\cdot {\frac {8t+36t^{3}+96t^{5}}{2{\sqrt {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})^{3}}}}};{\frac {6t}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}-3t^{2}\cdot {\frac {8t+36t^{3}+96t^{5}}{2{\sqrt {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})^{3}}}}};{\frac {12t^{2}}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}-4t^{3}\cdot {\frac {8t+36t^{3}+96t^{5}}{2{\sqrt {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})^{3}}}}}\},$

$\mathbf {n} =\{{\frac {2}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}-{\frac {2t(4t+18t^{3}+48t^{5})}{\sqrt {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})^{3}}}};{\frac {6t}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}-{\frac {3t^{2}(4t+18t^{3}+48t^{5})}{\sqrt {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})^{3}}}};{\frac {12t^{2}}{\sqrt {4t^{2}+9t^{4}+16t^{6}}}}-{\frac {4t^{3}(4t+18t^{3}+48t^{5})}{\sqrt {(4t^{2}+9t^{4}+16t^{6})^{3}}}}\};$

su reikšme $t=1$ kreivės normalės vektorius statmenas liestienei yra:

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{{\frac {2}{\sqrt {4+9+16}}}-{\frac {2(4+18+48)}{\sqrt {(4+9+16)^{3}}}};{\frac {6}{\sqrt {4+9+16}}}-{\frac {3(4+18+48)}{\sqrt {(4+9+16)^{3}}}};{\frac {12}{\sqrt {4+9+16}}}-{\frac {4(4+18+48)}{\sqrt {(4+9+16)^{3}}}}\};$

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{{\frac {2}{\sqrt {29}}}-{\frac {2\cdot 70}{\sqrt {29^{3}}}};{\frac {6}{\sqrt {29}}}-{\frac {3\cdot 70}{\sqrt {29^{3}}}};{\frac {12}{\sqrt {29}}}-{\frac {4\cdot 70}{\sqrt {29^{3}}}}\};$

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{{\frac {2}{\sqrt {29}}}-{\frac {140}{\sqrt {24389}}};{\frac {6}{\sqrt {29}}}-{\frac {210}{\sqrt {24389}}};{\frac {12}{\sqrt {29}}}-{\frac {280}{\sqrt {24389}}}\};$

$\mathbf {n} |_{t=1}=\{-0.525069576;-0.23051835;0.435423551\};$

normalizuotas kreivės normalės vektorius yra šis:

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}={\frac {\mathbf {n} |_{t=1}}{\sqrt {(-0.525069576)^{2}+(-0.23051835)^{2}+(0.435423551)^{2}}}}={\frac {\mathbf {n} |_{t=1}}{\sqrt {0.518430438}}}={\frac {\mathbf {n} |_{t=1}}{0.720021137}},$

$\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {-0.525069576}{0.720021137}};{\frac {-0.23051835}{0.720021137}};{\frac {0.435423551}{0.720021137}}\}=\{-0.729241891;-0.320154976;0.604737178\}.$

d) Kampas $\alpha$ tarp kreivės liestinės normalizuoto vektoriaus ir kreivės normalės vektoriaus yra toks:

$\cos \alpha ={\frac {\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}\cdot \mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}}{\|\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}\|\cdot \|\mathbf {n} ^{\circ }|_{t=1}\|}}=$

$={\frac {0.371390676\cdot (-0.729241891)+0.557086014\cdot (-0.320154976)+0.742781352\cdot 0.604737178}{{\sqrt {1}}\cdot {\sqrt {1}}}}=$

$=-0.270833638-0.178353859+0.449187498=-0.449187497+0.449187498=0.000000001=0;$

$\alpha =\arccos(0)={\frac {\pi }{2}}=1.570796327$ arba 90 laipsnių.

e) Kai $t=1$ normalizuotas liestinės vektorius yra:

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {2}{\sqrt {29}}};{\frac {3}{\sqrt {29}}};{\frac {4}{\sqrt {29}}}\}=\{0.371390676;0.557086014;0.742781352\};$

kai $t=5$ liestinės vektorius yra:

$\mathbf {a} |_{t=5}=\{2\cdot 5;3\cdot 5^{2};4\cdot 5^{3}\}=\{10;75;500\};$

kai $t=5$ normalizuotas liestinės vektorius yra:

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=5}=\{{\frac {10}{\sqrt {10^{2}+75^{2}+500^{2}}}};{\frac {75}{\sqrt {10^{2}+75^{2}+500^{2}}}};{\frac {500}{\sqrt {10^{2}+75^{2}+500^{2}}}}\},$

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=5}=\{{\frac {10}{\sqrt {100+5625+250000}}};{\frac {75}{\sqrt {255725}}};{\frac {500}{\sqrt {255725}}}\},$

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=5}=\{{\frac {10}{505.6925944}};{\frac {75}{505.6925944}};{\frac {500}{505.6925944}}\},$

$\mathbf {a} ^{\circ }|_{t=5}=\{0.019774859;0.148311446;0.988742974\};$

$\mathbf {b} =\{1;{\frac {\psi '(t)}{\phi '(t)}};{\frac {\omega '(t)}{\phi '(t)}}\}=\{1;{\frac {3t^{2}}{2t}};{\frac {4t^{3}}{2t}}\},$

$\mathbf {b} =\{1;{\frac {3t}{2}};2t^{2}\};$

liestinės vektoriaus b reikšmė, kai $t=1$ yra:

$\mathbf {b} |_{t=1}=\{1;{\frac {3}{2}};2\};$

normalizuoto liestinės vektoriaus b reikšmė, kai $t=1$ yra:

$\mathbf {b} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {1}{\sqrt {1^{2}+1.5^{2}+2^{2}}}};{\frac {1.5}{\sqrt {1^{2}+1.5^{2}+2^{2}}}};{\frac {2}{\sqrt {1^{2}+1.5^{2}+2^{2}}}}\},$

$\mathbf {b} ^{\circ }|_{t=1}=\{{\frac {1}{\sqrt {1+2.25+4}}};{\frac {1.5}{\sqrt {7.25}}};{\frac {2}{\sqrt {7.25}}}\}=\{{\frac {1}{2.692582404}};{\frac {1.5}{2.692582404}};{\frac {2}{2.692582404}}\},$

$\mathbf {b} ^{\circ }|_{t=1}=\{0.371390676;0.557086014;0.742781352\};$

liestinės vektoriaus b reikšmė, kai $t=5$ yra:

$\mathbf {b} |_{t=5}=\{1;{\frac {3\cdot 5}{2}};2\cdot 5^{2}\}=\{1;{\frac {15}{2}};50\};$

normalizuoto vektoriaus b reikšmė, kai $t=5$ yra tokia pati kaip normalizuoto a vektoriaus:

$\mathbf {b} ^{\circ }|_{t=5}=\{{\frac {1}{\sqrt {1^{2}+7.5^{2}+50^{2}}}};{\frac {\frac {15}{2}}{\sqrt {1+56.25+2500}}};{\frac {50}{\sqrt {2557.25}}}\};$

$\mathbf {b} ^{\circ }|_{t=5}=\{{\frac {1}{50.56925944}};{\frac {7.5}{50.56925944}};{\frac {50}{50.56925944}}\};$

$\mathbf {b} ^{\circ }|_{t=5}=\{0.019774859;0.148311446;0.988742974\};$

f) 'Tikrasis' kreivės normalės vektorius yra:

$\mathbf {m} =\{{\frac {2}{-3\phi '(t)}};{\frac {1}{3\psi '(t)}};{\frac {1}{3\omega '(t)}}\}=\{{\frac {2}{-3\cdot 2t}};{\frac {1}{3\cdot 3t^{2}}};{\frac {1}{3\cdot 4t^{3}}}\},$

$\mathbf {m} =\{-{\frac {1}{3t}};{\frac {1}{9t^{2}}};{\frac {1}{12t^{3}}}\};$

'tikrasis' kreivės normalės vektorius, kai $t=1$ yra:

$\mathbf {m} |_{t=1}=\{-{\frac {1}{3}};{\frac {1}{9}};{\frac {1}{12}}\};$

normalizuotas 'tikrasis' kreivės normalės vektorius, kai $t=1$ yra:

$\mathbf {m} ^{\circ }|_{t=1}=\{-{\frac {\frac {1}{3}}{\sqrt {(-{\frac {1}{3}})^{2}+({\frac {1}{9}})^{2}+({\frac {1}{12}})^{2}}}};{\frac {\frac {1}{9}}{\sqrt {(-{\frac {1}{3}})^{2}+({\frac {1}{9}})^{2}+({\frac {1}{12}})^{2}}}};{\frac {\frac {1}{12}}{\sqrt {(-{\frac {1}{3}})^{2}+({\frac {1}{9}})^{2}+({\frac {1}{12}})^{2}}}}\},$

$\mathbf {m} ^{\circ }|_{t=1}=\{-{\frac {\frac {1}{3}}{\sqrt {{\frac {1}{9}}+{\frac {1}{81}}+{\frac {1}{144}}}}};{\frac {\frac {1}{9}}{\sqrt {\frac {1296+144+81}{81\cdot 144}}}};{\frac {\frac {1}{12}}{\sqrt {\frac {1521}{11664}}}}\},$

$\mathbf {m} ^{\circ }|_{t=1}=\{-{\frac {\frac {1}{3}}{\sqrt {0.130401234}}};{\frac {\frac {1}{9}}{\sqrt {0.130401234}}};{\frac {\frac {1}{12}}{\sqrt {0.130401234}}}\}=\{-{\frac {\frac {1}{3}}{0.361111111}};{\frac {\frac {1}{9}}{0.361111111}};{\frac {\frac {1}{12}}{0.361111111}}\},$

$\mathbf {m} ^{\circ }|_{t=1}=\{-0.923076923;0.307692307;0.23076923\};$

'tikrasis' kreivės normalės vektorius, kai $t=5$ yra:

$\mathbf {m} |_{t=5}=\{-{\frac {1}{3\cdot 5}};{\frac {1}{9\cdot 5^{2}}};{\frac {1}{12\cdot 5^{3}}}\}=\{-{\frac {1}{15}};{\frac {1}{9\cdot 25}};{\frac {1}{12\cdot 125}}\},$

$\mathbf {m} |_{t=5}=\{-{\frac {1}{15}};{\frac {1}{225}};{\frac {1}{1500}}\};$

normalizuotas 'tikrasis' kreivės normalės vektorius, kai $t=5$ yra:

$\mathbf {m} ^{\circ }|_{t=5}=\{{\frac {-{\frac {1}{15}}}{\sqrt {(-{\frac {1}{15}})^{2}+({\frac {1}{225}})^{2}+({\frac {1}{1500}})^{2}}}};{\frac {\frac {1}{225}}{\sqrt {0.004464641}}};{\frac {\frac {1}{500}}{0.066817976}}\},$

$\mathbf {m} ^{\circ }|_{t=5}=\{-0.99735493;0.066515699;0.009977354\};$

kampas tarp liestinės vektoriaus a ir 'tikrojo' normalės vektoriaus m yra lygus 90 laipsnių, nes jų skaliarinė sandauga lygi nuliui:

$\mathbf {a} |_{t=1}\cdot \mathbf {m} |_{t=1}=2\cdot (-{\frac {1}{3}})+3\cdot {\frac {1}{9}}+4\cdot {\frac {1}{12}}=-{\frac {2}{3}}+{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{3}}=0;$

liestinės vektorius, kai $t=5$ yra:

$\mathbf {a} |_{t=5}=\{2\cdot 5;3\cdot 5^{2};4\cdot 5^{3}\}=\{10;75;500\};$

kampas tarp liestinės vektoriaus ir 'tikrojo' normalės vektoriaus m yra 90 laipsnių, nes šių vektorių skaliarinė sandauga lygi nuliui:

$\mathbf {a} |_{t=5}\cdot \mathbf {m} |_{t=5}=10\cdot (-{\frac {1}{15}})+75\cdot {\frac {1}{225}}+500\cdot {\frac {1}{1500}}=-{\frac {2}{3}}+{\frac {1}{3}}+{\frac {1}{3}}=0.$

g) 'Tikrasis' kreivės normalės vektorius yra:

$\mathbf {m} =\{-{\frac {2}{3}};{\frac {\phi '(t)}{3\psi '(t)}};{\frac {\phi '(t)}{3\omega '(t)}}\}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {2t}{3\cdot 3t^{2}}};{\frac {2t}{3\cdot 4t^{3}}}\},$

$\mathbf {m} =\{-{\frac {2}{3}};{\frac {2t}{9t^{2}}};{\frac {2t}{12t^{3}}}\}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {2t}{9t^{2}}};{\frac {t}{6t^{3}}}\};$

'tikrasis' kreivės normalės vektorius, kai $t=1$ yra:

$\mathbf {m} |_{t=1}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {2}{9}};{\frac {1}{6}}\};$

'tikrasis' kreivės normalės vektorius, kai $t=5$ yra:

$\mathbf {m} |_{t=5}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {2\cdot 5}{9\cdot 5^{2}}};{\frac {5}{6\cdot 5^{3}}}\}=\{-{\frac {2}{3}};{\frac {2}{45}};{\frac {1}{150}}\};$

kampas tarp liestinės vektoriaus a ir 'tikrojo' normalės vektoriaus m yra lygus 90 laipsnių, nes jų skaliarinė sandauga lygi nuliui:

$\mathbf {a} |_{t=1}\cdot \mathbf {m} |_{t=1}=2\cdot (-{\frac {2}{3}})+3\cdot {\frac {2}{9}}+4\cdot {\frac {1}{6}}=-{\frac {4}{3}}+{\frac {2}{3}}+{\frac {2}{3}}=0;$

$\mathbf {a} |_{t=5}\cdot \mathbf {m} |_{t=5}=10\cdot (-{\frac {2}{3}})+75\cdot {\frac {2}{45}}+500\cdot {\frac {1}{150}}=-{\frac {20}{3}}+{\frac {10}{3}}+{\frac {10}{3}}=0.$

Update 1. Alternatyvus liestinei statmenas vektorius gautas pagal formulę $\mathbf {n} =\{{\frac {2}{-3\phi '(t)}};{\frac {1}{3\psi '(t)}};{\frac {1}{3\omega '(t)}}\}$ yra paprastas triukas. Kadangi liestinės vektorius yra $\mathbf {a} =\{\phi '(t);\psi '(t);\omega '(t)\},$ tai aišku, kad vektorių n ir a skaliarinė sandauga bus lygi nuliui. Todėl normalės vektorius gali būti ir $\mathbf {n} =\{{\frac {1}{\phi '(t)}};{\frac {-2}{\psi '(t)}};{\frac {1}{\omega '(t)}}\}$ ir $\mathbf {n} =\{{\frac {1}{\phi '(t)}};{\frac {1}{\psi '(t)}};{\frac {-2}{\omega '(t)}}\}.$ Taip pat erdvinės kreivės (užrašytos parametriškai) liestinės vektoriui a statmenas vektorius bus ir pavyzdžiui vektorius $\mathbf {m} =\{{\frac {-2}{\phi '(t)}};{\frac {1.5}{\psi '(t)}};{\frac {0.5}{\omega '(t)}}\},$ nes jų skaliarinė sandauga lygi nuliui:

$\mathbf {a} \cdot \mathbf {m} =\phi '(t)\cdot {\frac {-2}{\phi '(t)}}+\psi '(t)\cdot {\frac {1.5}{\psi '(t)}}+\omega '(t)\cdot {\frac {0.5}{\omega '(t)}}=-2+1.5+0.5=0.$

Tokiu budu erdvinės kreivės liestinės vektoriui $\mathbf {a} =\{\phi '(t);\psi '(t);\omega '(t)\}$ galima sudaryti begalo daug statmenų normalės vektorių n (kurių ortai skiriasi - normalės vektoriai neguli ant tos pačios tiesės).

Kampo tarp vektorių radimas su sinusu

$\left\|\mathbf {a} \times \mathbf {b} \right\|=\left\|\mathbf {a} \right\|\left\|\mathbf {b} \right\|\sin(\theta ),$

$\sin \theta ={\frac {\|\mathbf {a} \times \mathbf {b} \|}{\|\mathbf {a} \|\|\mathbf {b} \|}},$

kur $\theta$ yra kampas tarp vektorių a ir b.

• Pavyzdžiui, duoti vektoriai a=(1; -2; 0), b=(3; 0; 0).

$\left\|\mathbf {a} \right\|={\sqrt {1^{2}+(-2)^{2}+0^{2}}}={\sqrt {5}}\approx 2.236067978.$

$\left\|\mathbf {b} \right\|={\sqrt {3^{2}+0^{2}+0^{2}}}={\sqrt {9}}=3.$

$\mathbf {a} \times \mathbf {b} ={\begin{vmatrix}i&j&k\\1&-2&0\\3&0&0\end{vmatrix}}=$

$=i\cdot (-2)\cdot 0+j\cdot 0\cdot 3+k\cdot 1\cdot 0-i\cdot 0\cdot 0-j\cdot 1\cdot 0-k\cdot (-2)\cdot 3=0i+0j+6k=(0;0;6).$

$\|\mathbf {a} \times \mathbf {b} \|={\sqrt {0^{2}+0^{2}+6^{2}}}={\sqrt {36}}=6.$

$\sin \theta ={\frac {\|\mathbf {a} \times \mathbf {b} \|}{\|\mathbf {a} \|\|\mathbf {b} \|}}={\frac {6}{{\sqrt {5}}\cdot 3}}={\frac {2}{\sqrt {5}}}=0.894427191;$

$\theta =\arcsin {\frac {2}{\sqrt {5}}}=\arcsin 0.894427191=1.107148718$ radiano arba 63.43494882 laipsnio.

Pasitikriname:

$\cos \theta ={\frac {\mathbf {a} \cdot \mathbf {b} }{\|\mathbf {a} \|\cdot \|\mathbf {b} \|}}={\frac {1\cdot 3+(-2)\cdot 0+0\cdot 0}{{\sqrt {1^{2}+(-2)^{2}+0^{2}}}\cdot {\sqrt {3^{2}+0^{2}+0^{2}}}}}={\frac {3}{{\sqrt {1+4+0}}\cdot {\sqrt {9+0+0}}}}=$

$={\frac {3}{{\sqrt {5}}\cdot 3}}={\frac {1}{\sqrt {5}}}=0.447213595.$

$\theta =\arccos {\frac {1}{\sqrt {5}}}=\arccos 0.447213595=1.107148718$ radiano arba 63,43494882 laipsnių.

Taikydami kosinusų toeremą patikrinsime ar kampas $\theta$ surastas teisingai. Atkarpos t ilgis iš taško a=(1; -2; 0) iki taško b=(3; 0; 0) yra lygus

$t={\sqrt {(1-3)^{2}+(-2-0)^{2}+(0-0)^{2}}}={\sqrt {4+4+0}}={\sqrt {8}}=2{\sqrt {2}}=2.828427125.$

Iš kosinusų teoremos žinome, kad $t^{2}\ =\|\mathbf {a} \|^{2}+\|\mathbf {b} \|^{2}-2\|\mathbf {a} \|\cdot \|\mathbf {b} \|\cos \theta$;

$\cos \theta ={t^{2}-\|\mathbf {a} \|^{2}-\|\mathbf {b} \|^{2} \over -2\|\mathbf {a} \|\|\mathbf {b} \|}={({\sqrt {8}})^{2}-({\sqrt {5}})^{2}-3^{2} \over -2\cdot {\sqrt {5}}\cdot 3}={8-5-9 \over -6{\sqrt {5}}}={-6 \over -6{\sqrt {5}}}={1 \over {\sqrt {5}}}.$

• Pavyzdžiui, duoti vektoriai a=(1; -2; 2), b=(3; 0; -4). Jų vektorinė sandauga lygi

$a\times b={\begin{vmatrix}i&j&k\\1&-2&2\\3&0&-4\end{vmatrix}}={\begin{vmatrix}-2&2\\0&-4\end{vmatrix}}i-{\begin{vmatrix}1&2\\3&-4\end{vmatrix}}j+{\begin{vmatrix}1&-2\\3&0\end{vmatrix}}k=8i+10j+6k=(8;10;6).$

Čia skaičiuodami vektorinę sandaugą panaudojome determinantą. Vektorinės sandaugos modulis yra lygiagretainio plotas, kurį sudaro du vektoriai:

$S=||a\times b||={\sqrt {8^{2}+10^{2}+6^{2}}}={\sqrt {200}}=10{\sqrt {2}}.$

Trikampio plotas yra

$S_{\Delta }={\frac {1}{2}}||a\times b||=5{\sqrt {2}}.$

Kampo tarp vektorių sinusas yra

$\sin <!--\; \; -->\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}=\frac{||a\times <!--\; \times \; -->b||}{||a||\cdot <!--\; \cdot \; -->||b||}=\frac{10\sqrt{2}}{3\cdot <!--\; \cdot \; -->5}=\frac{2\sqrt{2}}{3}$