プリンキピア

第2章ベクトル

Challenge Problems発展問題

Exercises 88–91練習問題 88–91
Exercise 88問題 88
Vector B→ is 5.0 cm long and vector A→ is 4.0 cm long. Find the angle between these two vectors when |A→+B→|=3.0cm.
英語のヒント
ベクトルB→の長さは5.0 cm、A→の長さは4.0 cmである。|A→+B→|=3.0cmのとき、両者のなす角を求めよ。
Exercise 89問題 89
What is the component of the force vector G→=(3.0i^+4.0j^+10.0k^)N along the force vector H→=(1.0i^+4.0j^)N?
英語のヒント
力ベクトルH→=(1.0i^+4.0j^)Nに沿う、力ベクトルG→=(3.0i^+4.0j^+10.0k^)Nの成分はいくらか。
Solution解き方
GH=19N/17≈4.6N
Exercise 90問題 90
The following figure shows a triangle formed by the three vectors A→, B→, and C→. If vector C→′ is drawn between the midpoints of vectors A→ and B→, show that C→′=C→/2.
英語のヒント
次の図は、三つのベクトルA→、B→、C→が作る三角形を示す。ベクトルA→とB→の中点を結んでベクトルC→′を描くとき、C→′=C→/2を示せ。
A、B、Cが三角形を作る。Aは右上を向き、BはAの頭から右下へ伸び、CはBの頭からAの尾へ左向きに伸びる。CプライムはCと平行で、AとBの中点を結ぶ。

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Exercise 91問題 91
Distances between points in a plane do not change when a coordinate system is rotated. In other words, the magnitude of a vector is invariant under rotations of the coordinate system. Suppose a coordinate system S is rotated about its origin by angle φ to become a new coordinate system S′, as shown in the following figure. A point in a plane has coordinates (x, y) in S and coordinates (x′,y′) in S′.
英語のヒント
平面内の点どうしの距離は、座標系を回転しても変わらない。言い換えれば、ベクトルの大きさは、座標系の回転に対して不変である。次の図のように、座標系Sを原点の周りに角φだけ回転し、新しい座標系S′にしたとする。平面内のある点の座標は、Sでは(x, y)、S′では(x′,y′)である。
(a) Show that, during the transformation of rotation, the coordinates in S′ are expressed in terms of the coordinates in S by the following relations:
英語のヒント
(a)回転変換において、S′での座標が、Sの座標を使って次の関係で表されることを示せ。
{x′=xcosφ+ysinφy′=−xsinφ+ycosφ.
(b) Show that the distance of point P to the origin is invariant under rotations of the coordinate system. Here, you have to show that
英語のヒント
(b)点Pと原点の距離が、座標系の回転に対して不変であることを示せ。ここでは、次を示す必要がある。
x2+y2=x′2+y′2.
(c) Show that the distance between points P and Q is invariant under rotations of the coordinate system. Here, you have to show that
英語のヒント
(c)点Pと点Qの間の距離が、座標系の回転に対して不変であることを示せ。ここでは、次を示す必要がある。
(xP−xQ)2+(yP−yQ)2=
(x'P−x'Q)2+(y'P−y'Q)2.
二つの座標系を示す。赤いxy座標系Sはxの正方向が右、yの正方向が上。青いx′y′座標系S′はSと原点を共有し、Sから反時計回りに角φだけ回転している。点PとQが描かれている。SでのPのx座標は、Pからy軸に平行にx軸へ下ろした破線で示され、y座標はx軸に平行にy軸へ引いた破線で示される。S′でのx′座標は、Pからy′軸に平行にx′軸へ引いた破線で、y′座標はx′軸に平行にy′軸へ引いた破線で示される。

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Solution解き方
proof
英語のヒント
証明。
anticommutative property
反可換性
change in the order of operation introduces the minus sign
英語のヒント
演算の順序を変えると、負号が付く性質。
corkscrew right-hand rule
右ねじの法則
a rule used to determine the direction of the vector product
英語のヒント
ベクトル積の方向を決めるための規則。
cross product
外積
the result of the vector multiplication of vectors is a vector called a cross product; also called a vector product
英語のヒント
ベクトルどうしのベクトル乗算の結果は、外積と呼ばれるベクトルである。ベクトル積ともいう。
dot product
内積
the result of the scalar multiplication of two vectors is a scalar called a dot product; also called a scalar product
英語のヒント
二つのベクトルのスカラー乗算の結果は、内積と呼ばれるスカラーである。スカラー積ともいう。
scalar product
スカラー積
the result of the scalar multiplication of two vectors is a scalar called a scalar product; also called a dot product
英語のヒント
二つのベクトルのスカラー乗算の結果は、スカラー積と呼ばれるスカラーである。内積ともいう。
vector product
ベクトル積
the result of the vector multiplication of vectors is a vector called a vector product; also called a cross product
英語のヒント
ベクトルどうしのベクトル乗算の結果は、ベクトル積と呼ばれるベクトルである。外積ともいう。