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Vettori e geometria · Prodotto scalare

Prodotto scalare

Un blocco di calcestruzzo viene trascinato da una gru lungo un cantiere: la forza e lo spostamento sono due vettori, ma l'energia spesa, il lavoro, è un semplice numero. Come si ottiene un numero da due vettori? Con il prodotto scalare, che ti permette anche di misurare angoli e di riconoscere vettori perpendicolari senza fare alcun disegno.

Due espressioni per la stessa operazione

Due vettori u e v che formano un angolo alfa, con le due espressioni del prodotto scalare. α u v u·v = u₁v₁ + u₂v₂ = |u| |v| cos α

Perché le due espressioni coincidono? Disegna il triangolo con lati $\vec u$, $\vec v$ e $\vec u - \vec v$. Per il teorema di Carnot:

$$|\vec u - \vec v|^2 = |\vec u|^2 + |\vec v|^2 - 2|\vec u|\,|\vec v|\cos\alpha$$

Con le componenti, invece, $|\vec u - \vec v|^2 = (u_1-v_1)^2 + (u_2-v_2)^2 = |\vec u|^2 + |\vec v|^2 - 2(u_1v_1 + u_2v_2)$. Confrontando i due risultati si ottiene $u_1v_1 + u_2v_2 = |\vec u|\,|\vec v|\cos\alpha$.

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Dati i punti del piano $A(1, 2)$, $B(4, 3)$ e $C(0, 5)$, calcola il valore del prodotto scalare $\vec{AB} \cdot \vec{AC}$.

Dati i punti del piano $A(1, 2)$, $B(4, 3)$ e $C(0, 5)$, calcola il valore del prodotto scalare $\vec{AB} \cdot \vec{AC}$.

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Sapendo che i moduli di due vettori sono $|\vec{a}| = 4$ e $|\vec{b}| = 6$ e che l'angolo da essi formato è $60^\circ$, calcola il valore esatto del loro prodotto…

Sapendo che i moduli di due vettori sono $|\vec{a}| = 4$ e $|\vec{b}| = 6$ e che l'angolo da essi formato è $60^\circ$, calcola il valore esatto del loro prodotto scalare $\vec{a} \cdot \vec{b}$.

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L'angolo tra due vettori

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Calcola l'angolo formato dai vettori $\vec{u} = (1, \sqrt{3})$ e $\vec{v} = (-\sqrt{3}, 1)$.

Calcola l'angolo formato dai vettori $\vec{u} = (1, \sqrt{3})$ e $\vec{v} = (-\sqrt{3}, 1)$.

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Calcola il valore (o i valori) del parametro $k$ affinché l'angolo formato dai vettori $\vec{u} = (k, 3)$ e $\vec{v} = (1, -2)$ sia esattamente $135^\circ$.

Calcola il valore (o i valori) del parametro $k$ affinché l'angolo formato dai vettori $\vec{u} = (k, 3)$ e $\vec{v} = (1, -2)$ sia esattamente $135^\circ$.

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Vettori ortogonali

Due vettori perpendicolari che formano un angolo retto, con prodotto scalare nullo. 90° u v

Un trucco utile: un vettore perpendicolare a $(a; b)$ è $(-b; a)$, perché $a\cdot(-b) + b\cdot a = 0$.

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Dati i vettori $\vec{u} = (3, -2)$ e $\vec{v} = (4, 5)$, calcola il loro prodotto scalare e stabilisci se sono ortogonali.

Dati i vettori $\vec{u} = (3, -2)$ e $\vec{v} = (4, 5)$, calcola il loro prodotto scalare e stabilisci se sono ortogonali.

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Trova il valore del parametro $m$ affinché i vettori $\vec{p} = (m, -3)$ e $\vec{q} = (6, 2)$ siano perpendicolari.

Trova il valore del parametro $m$ affinché i vettori $\vec{p} = (m, -3)$ e $\vec{q} = (6, 2)$ siano perpendicolari.

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Verifica, utilizzando esclusivamente il prodotto scalare, se il triangolo di vertici $A(-2, 1)$, $B(4, 3)$ e $C(1, 12)$ è rettangolo, acutangolo od ottusangolo. Indica…

Verifica, utilizzando esclusivamente il prodotto scalare, se il triangolo di vertici $A(-2, 1)$, $B(4, 3)$ e $C(1, 12)$ è rettangolo, acutangolo od ottusangolo. Indica in quale vertice si trova l'angolo retto, nel caso in cui ci sia.

X Y A B C
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Proiezione di un vettore su un altro

Proiezione ortogonale del vettore u sulla retta del vettore v, con triangolo rettangolo. u v proiezione di u su v
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In un cantiere, una gru trascina un blocco di calcestruzzo applicando una forza costante rappresentata dal vettore $\vec{F} = (450, 600)$ espressa in newton. Il blocco…

In un cantiere, una gru trascina un blocco di calcestruzzo applicando una forza costante rappresentata dal vettore $\vec{F} = (450, 600)$ espressa in newton. Il blocco subisce uno spostamento rettilineo dato dal vettore $\vec{d} = (12, 5)$ in metri. Sapendo che il lavoro meccanico è definito come $W = \vec{F} \cdot \vec{d}$, calcola il lavoro compiuto dalla gru e l'angolo formato dalla forza applicata e dallo spostamento.

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Nello sviluppo di un motore fisico per un videogioco, un personaggio si sposta seguendo la direzione e il verso del vettore $\vec{d} = (8, 4)$. La gravità in questo…

Nello sviluppo di un motore fisico per un videogioco, un personaggio si sposta seguendo la direzione e il verso del vettore $\vec{d} = (8, 4)$. La gravità in questo ambiente virtuale è definita dal vettore $\vec{g} = (0; -9,8)$. Calcola la proiezione ortogonale del vettore gravità sulla direzione del movimento del personaggio.

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Proprietà del prodotto scalare

Sviluppo di (u − v)·(u + v): i termini misti si annullano e resta il modulo di u al quadrato meno il modulo di v al quadrato. (u − v)·(u + v) sviluppa u·u + u·v − v·u − v·v i termini misti si annullano |u|² − |v|²
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Utilizzando le proprietà del prodotto scalare, sviluppa e calcola il valore dell'espressione $(\vec{u} - \vec{v}) \cdot (\vec{u} + \vec{v})$ sapendo che $|\vec{u}| = 5$…

Utilizzando le proprietà del prodotto scalare, sviluppa e calcola il valore dell'espressione $(\vec{u} - \vec{v}) \cdot (\vec{u} + \vec{v})$ sapendo che $|\vec{u}| = 5$ e $|\vec{v}| = 3$.

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Dimostra, utilizzando esclusivamente le proprietà algebriche del prodotto scalare, che le diagonali di un qualsiasi rombo sono perpendicolari tra loro. Nota: Puoi…

Dimostra, utilizzando esclusivamente le proprietà algebriche del prodotto scalare, che le diagonali di un qualsiasi rombo sono perpendicolari tra loro.

Nota: Puoi modellizzare i lati del rombo mediante due vettori $\vec{u}$ e $\vec{v}$ con la stessa origine e lo stesso modulo ($|\vec{u}| = |\vec{v}|$). Esprimi le diagonali in funzione di $\vec{u}$ e $\vec{v}$.

u v
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In sintesi

Riprendiamo la gru: il lavoro è $\vec F \cdot \vec d$, cioè la forza per la proiezione dello spostamento nella sua direzione.

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