Productu escalar

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En matemátiques, el productu escalar, tamién conocíu como productu internu, productu interior o productu puntu, ye una operación alxebraica que toma dos secuencies de númberos d'igual llargor (usualmente na forma de vectores) y retorna un únicu númberu.

Algebraicamente, el productu puntu ye la suma de los productos de les correspondientes entraes en dos secuencies de númberu. Geométricamente, ye'l productu de dos magnitud euclidianes de los dos vectores y el cosenu del ángulu ente ellos. El nome del productu puntu derivar del símbolu que s'utiliza pa denotar esta operación " · ". El nome alternativu de productu escalar enfatiza el fechu del que la resultancia ye un escalar en llugar d'un vector (nel casu d'espacios de tres dimensiones)

Definición xeneral[editar | editar la fonte]

El productu interior o productu escalar de dos vectores nun espaciu vectorial ye una forma bilineal, hermítica y definida positiva, polo que puede considerase una forma cuadrática definida positiva.

Más específicamente, ye una aplicación que'l so dominiu ye V 2 y el so codominio ye K, onde V ye un espaciu vectorial y K el conxuntu d'escalar respeutivu.[1] Esta aplicación amplía la oportunidá d'emplegar los conceutos de la xeometría euclídea tradicional: llargores, ángulos, ortogonalidad en dos y tres dimensiones. El productu escalar puede definise tamién nos espacios euclídeos de dimensión mayor a trés, y polo xeneral nos espacios vectoriales reales y complexos. Los espacios vectoriales dotaos de productu escalar reciben el nome d'espacios prehilbertianos.

Un productu escalar puede espresase como:

onde ye un espaciu vectorial y ye'l cuerpu sobre'l que ta definíu . La función (que toma como argumentos dos elementos de , y devuelve un elementu del cuerpu ) tien de satisfaer les siguientes condiciones:

  1. Linealidad pola esquierda: , y linealidad conxugada pola derecha:
  2. Hermiticidad: , #

Definida positiva: , y si y namái si x = 0,

onde son vectores de V, representen escalares del cuerpu y ye'l conxugáu del complexu c.

Si'l cuerpu tien parte imaxinaria nula (v.g., ), la propiedá de ser sesquilineal convertir en ser bilineal y el ser hermítica convertir en ser simétrica.

Tamién suel representase por:

Un espaciu vectorial sobre'l cuerpu o dotáu d'un productu escalar denominar espaciu prehilbert o espaciu prehilbertiano. Si amás ye completu, dizse que ye un espaciu de Hilbert. Si la dimensión ye finita y el cuerpu ye'l de los númberos reales, va dicise que ye un espaciu euclídeo; si'l cuerpu ye'l de los númberos complexos (y la dimensión ye finita) va dicise que ye un espaciu unitariu.

Tou productu escalar induz una norma sobre l'espaciu nel que ta definíu, de la siguiente manera:


En tal casu, esta ye una de les infinites normes que pueden ser xeneraes a partir d'un productu interior.

Definición xeométrica del productu escalar nun espaciu euclídeo real[editar | editar la fonte]

AB = |A| |B| cos(θ).
|A| cos(θ) ye la proyeición escalar de A en B.

El productu escalar de dos vectores nun espaciu euclídeo defínese como'l productu de los sos módulos pol cosenu del ángulu que formen.

Nos espacios euclídeos, la notación avezada de productu escalar ye

Esta definición de calter xeométricu ye independiente del sistema de coordenaes escoyíu y polo tanto de la base del espaciu vectorial escoyida.

Proyeición d'un vector sobre otru[editar | editar la fonte]

Cuidao que |A| cos θ representa'l módulu de la proyeición del vector A sobre la direición del vector B, esto ye |A| cos θ = proy AB, va ser

de cuenta que'l productu escalar de dos vectores tamién puede definise como'l productu del módulu d'unu d'ellos pola proyeición del otru sobre él.

Ángulos ente dos vectores[editar | editar la fonte]

La espresión xeométrica del productu escalar dexa calcular el cosenu del ángulu esistente ente los vectores, por aciu la siguiente definición formal: que nos diz que la multiplicación d'un escalar denomináu K tien que ser distintu de cero.

.


Vectores ortogonales[editar | editar la fonte]

Dos vectores son ortogonales o perpendiculares cuando formen ángulu rectu ente sigo. Si'l productu escalar de dos vectores ye cero, dambos vectores son ortogonales

una y bones el .

Vectores paralelos o nuna mesma direición[editar | editar la fonte]

Dos vectores son paralelos o lleven la mesma direición si l'ángulu que formen ye de 0 radienes (0 graos) o de π radianes (180 graos).

Cuando dos vectores formen un ángulu cero, el valor del cosenu ye la unidá, polo tanto'l productu de los módulos val lo mesmo que'l productu escalar.

Propiedaes del productu escalar[editar | editar la fonte]

Sían A, B y C vectores nel planu o nel espaciu y sía m un escalar:

1. Conmutativa:

2. Distributiva al respeutive de la suma vectorial:

3. Asociatividad respectu al productu por un escalar m:

Espresión analítica del productu escalar[editar | editar la fonte]

Si los vectores A y B espresar en función de les sos componentes cartesianes rectangulares, tomando la base canónica en formada polos vectores unitarios i , j , k tenemos:

.


El productu escalar realízase como un productu matricial de la siguiente forma:

.


Asina, xeneralizando pa un espaciu de n dimensiones

si A y B son vectores o puntos nun espaciu entós:
el productu escalar realizaríase como un productu matricial de la siguiente forma:

.


Norma o Módulu d'un vector[editar | editar la fonte]

Defínese como la llargor del segmentu empobináu (vector) nel espaciu métricu consideráu.

Calcúlase al traviés del productu internu del vector consigo mesmu.

Efectuáu'l productu escalar, tenemos:

de cuenta que

Por componentes, tomando la base canónica en formada polos vectores unitarios {i, j, k}

.


.


de cuenta que

.


Productos interiores definíos n'espacios vectoriales avezaos[editar | editar la fonte]

Citamos de siguío dellos productos estudiaos xeneralmente en Teoría d'Espacios Normados. Toos estos productos llamaos canónicos- son namái dalgunos de los infinitos productos interiores que pueden definise nos sos respeutivos espacios.

  • Nel espaciu vectorial suelse definir el productu interior (llamáu, nesti casu en concretu, productu puntu) por:
  • Nel espaciu vectorial suelse definir el productu interior por:

Siendo el númberu complexu conxugáu de

  • Nel espaciu vectorial de les matrices de m x n , con elementos reales

onde tr(A) ye la traza de la matriz A y ye la matriz trespuesta d'A.

  • Nel espaciu vectorial de les matrices de m x n , con elementos complexos

onde tr(A) ye la traza de la matriz A y ye la matriz trespuesta conxugada d'A.

  • Nel espaciu vectorial de les funciones continues sobre l'intervalu C[a, b], acutáu por a y b:
  • Nel espaciu vectorial de los polinomios de grau menor o igual a n:

Dáu tal que  :

Xeneralizaciones[editar | editar la fonte]

Formes cuadráticas[editar | editar la fonte]

Dada una forma bilineal simétrica definida sobre un espaciu vectorial puede definise un productu escalar distintu del productu escalar euclídeo por aciu la fórmula:


Onde:

ye una base del espaciu vectorial

Puede comprobase que la operación anterior satisfai toles propiedaes que tien de satisfaer un productu escalar.

Tensores métricos[editar | editar la fonte]

Pueden definise y remanar espaciu non-euclídeos o más esactamente variedaes de Riemann, esto ye, espacios non-planos con un tensor de combadura distinta de cero, nos que tamién podemos definir llargores, ángulos y volumes. Nestos espacios más xenerales adóptase'l conceutu de xeodésica en llugar del de segmentu pa definir les distancies más curties n'ente puntos y, tamién, modifícase llixeramente la definición operativa del productu escalar habitual introduciendo un tensor métricu , tal que la restricción del tensor a un puntu de la variedá de Riemann ye una forma bilineal .

Asina, daos dos vectores campos vectoriales y del espaciu tanxente a la variedá de Riemann defínese'l so productu internu o escalar como:

El llargor d'una curva rectificable C ente dos puntos A y B puede definise a partir de la so vector tangente de la siguiente manera:


Ver tamién[editar | editar la fonte]

Referencies[editar | editar la fonte]

  1. Diccionariu de matemátiques. ISBN 84-8055-355-3

Bibliografía[editar | editar la fonte]

  • Ortega, Manuel R. (1989-2006). leición de Física (4 volumes). Monytex. ISBN 84-404-4290-4, ISBN 84-398-9218-7, ISBN 84-398-9219-5, ISBN 84-604-4445-7.
  • Resnick,Robert & Krane, Kenneth S. (2001). Physics (en inglés). Nuevu York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9.
  • Serway, Raymond A. (2004). Physics for Scientists and Engineers, 6ª (en inglés), Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.
  • Tipler, Paul A. (2000). Física pa la ciencia y la teunoloxía (2 volumes). Barcelona: Ed. Reverté. ISBN 84-291-4382-3.
  • Navarro Camacho, Jorge y otros títulu= Cuerpu de Profesores d'Enseñanza Secundaria ; Matemátiques (Volume III) (xunetu de 2007). {{{títulu}}}. MAD. ISBN 84-665-7931-1,.
  • Marsden, J.Y.;Tromba, A.J. (2004). Cálculu vectorial, 5ª, Pearson educación, S.A.. ISBN 84-7829-069-9.
  • Reinhardt, Fritz;Soeder,Heinrich (1984). Atles de matemátiques 1.Fundamentos,álxebra y xeometría (2 tomos), traducción:Vázquez Suárez,Juan Luis;Rodríguez Artalejo, Mario (en alemán), Alianza universidá. ISBN 84-206-6203-8, ISBN 84-206-6998-9.

Enllaces esternos[editar | editar la fonte]

Producto escalar