I2:
(«правило трех точек»). Если ненулевые векторы и не параллельны, то их сумму удобно находить с помощью правила параллелограмма (рис. 4).
Рис. 3
Рис. 4
II. Основные свойства суммы векторов выражают следующие 4 равенства (справедливые для любых векторов , , ):
II1. .
II2. .
II3. .
II4. .
Заметим еще, что сумма нескольких векторов находится последовательным нахождением суммы двух из них. Например: .
При этом, в каком бы порядке мы ни складывали заданные векторы, результат (как это вытекает из свойств, названных в пунктах II1, и II2) всегда будет одним и тем же. Например:
.
Далее, геометрически сумма нескольких векторов может быть получена следующим образом: надо направленные отрезки, являющиеся представителями этих векторов, последовательно отложить друг за другом (т.е. так, чтобы начало второго направленного отрезка совпадало с концом первого, начало третьего – с концом второго и т.д.); тогда вектор будет иметь своим представителем «замыкающий» направленный отрезок, идущий от начала первого к концу последнего (рис. 5). (Заметим, что если при таком последовательном откладывании получается «замкнутая векторная ломаная», то .)
Рис. 5
III. Умножение вектора на число. Пусть - ненулевой вектор и k - отличное от нуля число. Через обозначается вектор, определяемый следующими двумя условиями: а) длина вектора равна ; б) вектор параллелен вектору , причем его направление совпадает с направлением вектора при k>0 и противоположно ему при k<0 (рис. 6). Если справедливо хотя бы одно из равенств , k = 0, то произведение считается равным . Таким образом, произведение определено для любого вектора и любого числа k.
Рис. 6
Следующие 4 равенства (справедливые для любых векторов , и любых чисел k, l) выражают основные свойства операции умножения вектора на число:
III1. .
III2. .
III3. .
III4. .
Из этих свойств вытекает ряд дальнейших фактов, связанных с рассмотренными операциями над векторами. Отметим некоторые из них, часто применяемые при решении задач.
а) Если M - такая точка отрезка AB, что |AM| : |BM| = k, то для любой точки O справедливо равенство , в частности если M - середина отрезка AB, то .
б) Если M - точка пересечения медиан треугольника ABC, то ; кроме того, для любой точки O справедливо равенство (обратные теоремы также справедливы).
в) Пусть M - точка прямой l и - ненулевой вектор, параллельный этой прямой. Точка A в том и только в том случае принадлежит прямой l, если (где k - некоторое число).
г) Пусть M - точка плоскости α и , - ненулевые и непараллельные между собой векторы, параллельные этой плоскости. Точка A в том и только в том случае принадлежит плоскости α, если вектор выражается через и , т.е. .
Наконец, отметим еще свойство размерности, выражающее тот факт, что пространство трехмерно.
IV. В пространстве существуют такие три вектора , , , что ни один из них не выражается через два других; любой четвертый вектор выражается через эти три вектора: .
Например, если , , - три ненулевых вектора, направленных вдоль ребер параллелепипеда, исходящих из одной вершины, то эти векторы