В трехмерной системе координат зададим две точки B1 и B2. Рассмотрим вектора ¯OB1(α1,β1,γ1) и ¯OB2(α2,β2,γ2), где точка O — начало координат.
Определение. Углом между двумя векторами называется наименьший угол, при повороте на который направление одного вектора совпадает с направлением второго.
Для нахождения угла между векторами ¯OB1 и ¯OB2 воспользуемся материалом первой статьи. Пусть точки B1 и B2 определяют вектор ¯B1B2. Тогда ¯B1B2 представим в виде разности векторов ¯OB2 и ¯OB1:
Из рисунка видно, что искомый угол B1OB2 можно найти с помощью теоремы косинусов: |¯OB2−¯OB1|2=|¯OB1|2+|¯OB2|2−2⋅|¯OB1|⋅|¯OB2|⋅cos(¯OB1,¯OB2).
Теперь необходимо найти длины векторов. Опираясь на материал третьей статьи, имеем: |¯OB1|=√α21+β21+γ21, |¯OB2|=√α22+β22+γ22. Подставим результат в формулу: (α2−α1)2+(β2−β1)2+(γ2−γ1)2=α21+β21+γ21++α22+β22+γ22−2√α21+β21+γ21⋅√α22+β22+γ22⋅cos(¯OB1,¯OB2), и упростим выражение: −2(α2α1+β2β1+γ2γ1)=−2√α21+β21+γ21⋅√α22+β22+γ22⋅cos(¯OB1,¯OB2). Откуда:cos(¯OB1,¯OB2)=α1α2+β1β2+γ1γ2√α21+β21+γ21⋅√α22+β22+γ22. В случае двумерного пространства формула примет следующий вид: cos(¯OB1,¯OB2)=α1α2+β1β2√α21+β21⋅√α22+β22.
Пример
Даны произвольные точки A(−2,3,5), B(6,4,−3) и C(5,−4,−1). Найти угол между векторами ¯AB и ¯AC.
Смотрите также
- Воеводин В.В. Линейная алгебра. М.: Наука, 1994, Глава 3, § 25, «Некоторые задачи» (стр. 81-82)
- Виноградов И.М. Аналитическая геометрия. М.: Наука, 1986, Глава 6, § 5 «Косинус угла между двумя векторами» (стр. 131-135)
- Ефимов Н.В. Краткий курс аналитической геометрии. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005, Глава 7, § 46 «Направляющие косинусы» (стр. 133)