1.1 Vektor Algebra — Nazariya
Hafta: 2 | Masalalar: 25 | Qiyinlik: ⭐⭐
Kirish
Vektor — bu kattalik (magnitude) va yo'nalishga ega bo'lgan fizik miqdor.
Robotika, dronlar va raketalarda vektorlar hamma joyda:
- 🎯 Kuch vektori — motorning itarish yo'nalishi
- 🎯 Tezlik vektori — dronning harakat yo'nalishi
- 🎯 Joylashuv vektori — robotning 3D fazodagi pozitsiyasi
1. Vektor Tushunchasi
Skalyar vs Vektor
| Skalyar | Vektor |
|---|
| Faqat kattalik | Kattalik + yo'nalish |
| Massa, temperatura, vaqt | Kuch, tezlik, tezlanish |
| m=5 kg | F=(3,4,0) N |
Belgilash
Vektorlarni belgilash usullari:
a,a,AB
Komponentlar orqali (Dekart koordinatalari):
a=(ax,ay,az)=axi^+ayj^+azk^
Bu yerda i^,j^,k^ — birlik vektorlar (x, y, z o'qlari bo'ylab).
Vektorning Uzunligi (Magnitudasi)
∣a∣=ax2+ay2+az2
a=(3,4,0) uchun:
∣a∣=32+42+02=25=5
Birlik Vektor
Yo'nalishni saqlab, uzunligi 1 bo'lgan vektor:
a^=∣a∣a
2. Vektor Amallari
Qo'shish va Ayirish
a+b=(ax+bx,ay+by,az+bz)
a−b=(ax−bx,ay−by,az−bz)
Geometrik ma'no: Parallelogramm qoidasi
b
/|
/ |
/ | a + b
a---+-----→
Skalyarga Ko'paytirish
ka=(kax,kay,kaz)
- k>0 — yo'nalish saqlanadi, uzunlik k marta o'zgaradi
- k<0 — yo'nalish teskarisiga aylanadi
3. Skalyar Ko'paytma (Dot Product)
Ikki vektorning skalyar ko'paytmasi son qaytaradi:
a⋅b=axbx+ayby+azbz
Yoki burchak orqali:
a⋅b=∣a∣∣b∣cosθ
Xossalari
- Kommutativ: a⋅b=b⋅a
- Distributiv: a⋅(b+c)=a⋅b+a⋅c
- O'zi bilan: a⋅a=∣a∣2
Perpendikulyarlik
Agar a⊥b, u holda:
a⋅b=0
- Ikki vektor orasidagi burchakni topish
- Ish hisoblash: W=F⋅d
- Proyeksiya hisoblash
Burchakni Topish
cosθ=∣a∣∣b∣a⋅b
a=(1,2,3) va b=(4,−5,6) orasidagi burchak:
a⋅b=1(4)+2(−5)+3(6)=4−10+18=12
∣a∣=1+4+9=14
∣b∣=16+25+36=77
cosθ=147712≈0.365
θ≈68.6°
4. Vektor Ko'paytma (Cross Product)
Ikki vektorning vektor ko'paytmasi yangi vektor qaytaradi:
a×b=i^axbxj^aybyk^azbz
Komponentlar:
a×b=(aybz−azby,azbx−axbz,axby−aybx)
Xossalari
- Antikommutativ: a×b=−(b×a)
- Natija perpendikular: (a×b)⊥a va (a×b)⊥b
- Uzunligi: ∣a×b∣=∣a∣∣b∣sinθ
O'ng Qo'l Qoidasi
a×b yo'nalishini aniqlash: barmoqlarni a dan b ga burish, bosh barmoq yo'nalishi natija.
Parallellik
Agar a∥b, u holda:
a×b=0
- Moment hisoblash: τ=r×F
- Normal vektor topish (tekislikka perpendikular)
- Uchburchak yuzini hisoblash: S=21∣a×b∣
a=(2,3,4) va b=(5,6,7):
a×b=(3⋅7−4⋅6,4⋅5−2⋅7,2⋅6−3⋅5)
=(21−24,20−14,12−15)=(−3,6,−3)
5. Proyeksiya
a ning b ustiga proyeksiyasi:
Skalyar proyeksiya
projba=∣b∣a⋅b
Vektor proyeksiya
projba=∣b∣2a⋅bb
Robotikada: kuchning ma'lum yo'nalish bo'yicha komponenti
6. Koordinata Tizimlari
Dekart (Cartesian)
r=xi^+yj^+zk^
Silindr (Cylindrical)
r=(ρ,ϕ,z)
O'tish formulalari:
x=ρcosϕ,y=ρsinϕ,z=z
Sferik (Spherical)
r=(r,θ,ϕ)
O'tish formulalari:
x=rsinθcosϕ,y=rsinθsinϕ,z=rcosθ
- Dekart: Robot qo'llari, CNC
- Silindr: Aylanuvchi tizimlar
- Sferik: Radar, dron kamerasi yo'nalishi
7. Aralash Ko'paytma (Scalar Triple Product)
Uch vektor uchun:
a⋅(b×c)=axbxcxaybycyazbzcz
Geometrik ma'no: Parallelepiped hajmi
8. Robotikada Qo'llanilish
Misollar
1. Robot qo'lining oxirgi nuqtasi (End Effector):
position = np.array([0.5, 0.3, 0.8])
2. Kuch va moment:
τ=r×F
Bu yerda r — aylanish markazidan kuchgacha vektor.
3. Dronning tezlik vektori:
v=vxi^+vyj^+vzk^
4. GPS koordinatalari aylanishi:
Sferik → Dekart transformatsiya
Xulosa
| Tushuncha | Formula | Natija |
|---|
| Uzunlik | ∥a∥=ax2+ay2+az2 | Skalyar |
| Dot product | a⋅b=axbx+ayby+azbz | Skalyar |
| Cross product | a×b | Vektor |
| Burchak | cosθ=∥a∥∥b∥a⋅b | Skalyar |
| Proyeksiya | projba=∥b∥2a⋅bb | Vektor |
Keyingi Qadam
📝 Masalalar — 25 ta masala yeching!