newtonian method
[notes.git] / spec / vectors.md
index 4c7323711ff3771a333e434bd5f44ba3d5440a21..a2122b07af967d273b84716b4a25025dcb83a087 100644 (file)
+---
+header-includes:
+  - \documentclass{standalone}
+  - \usepackage{cleveref}
+  - \usepackage{harpoon}
+  - \usepackage{accent}
+  - \usepackage{amsmath}
+...
+
 # Vectors
 
 - **vector:** a directed line segment  
 - arrow indicates direction
 - length indicates magnitude
 - notated as $\vec{a}, \widetilde{A}, \overrightharp{a}$
+- column notation: $\begin{bmatrix}
+       x \\ y
+     \end{bmatrix}$
+- vectors with equal magnitude and direction are equivalent
 
 
 ![](graphics/vectors-intro.png)
 
 ## Vector addition
+
+$\boldsymbol{u} + \boldsymbol{v}$ can be represented by drawing each vector head to tail then joining the lines.  
+Addition is commutative (parallelogram)
+
+## Scalar multiplication
+
+For $k \in \mathbb{R}^+$, $k\boldsymbol{u}$ has the same direction as $\boldsymbol{u}$ but length is multiplied by a factor of $k$.
+
+When multiplied by $k < 0$, direction is reversed and length is multplied by $k$.
+
+## Vector subtraction
+
+To find $\boldsymbol{u} - \boldsymbol{v}$, add $\boldsymbol{-v}$ to $\boldsymbol{u}$
+
+## Parallel vectors
+
+Parallel vectors have same direction or opposite direction.
+
+**Two non-zero vectors $\boldsymbol{u}$ and $\boldsymbol{v}$ are parallel if there is some $k \in \mathbb{R} \setminus \{0\}$ such at $\boldsymbol{u} = k \boldsymbol{v}$**
+
+## Position vectors
+
+Vectors may describe a position relative to $O$.
+
+For a point $A$, the position vector is $\boldsymbol{OA}$
+
+## Linear combinations of non-parallel vectors
+
+If two non-zero vectors $\boldsymbol{a}$ and $\boldsymbol{b}$ are not parallel, then:
+
+$$m\boldsymbol{a} + n\boldsymbol{b} = p \boldsymbol{a} + q \boldsymbol{b}\quad\text{implies}\quad m = p, \> n = q$$
+
+## Column vector notation
+
+A vector between points $A(x_1,y_1), \> B(x_2,y_2)$ can be represented as $\begin{bmatrix}x_2-x_1\\ y_2-y_1 \end{bmatrix}$
+
+## Component notation
+
+A vector $\boldsymbol{u} = \begin{bmatrix}x\\ y \end{bmatrix}$ can be written as $\boldsymbol{u} = x\boldsymbol{i} + y\boldsymbol{j}$.  
+$\boldsymbol{u}$ is the sum of two components $x\boldsymbol{i}$ and $y\boldsymbol{j}$  
+Magnitude of vector $\boldsymbol{u} = x\boldsymbol{i} + y\boldsymbol{j}$ is denoted by $|u|=\sqrt{x^2+y^2}$
+
+Basic algebra applies:  
+$(x\boldsymbol{i} + y\boldsymbol{j}) + (m\boldsymbol{i} + n\boldsymbol{j}) = (x + m)\boldsymbol{i} + (y+n)\boldsymbol{j}$  
+Two vectors equal if and only if their components are equal.
+
+## Unit vectors
+
+A vector of length 1. $\boldsymbol{i}$ and $\boldsymbol{j}$ are unit vectors.
+
+A unit vector in direction of $\boldsymbol{a}$ is denoted by $\hat{\boldsymbol{a}}$:
+
+$$\hat{\boldsymbol{a}}={1 \over {|\boldsymbol{a}|}}\boldsymbol{a}\quad (\implies |\hat{\boldsymbol{a}}|=1)$$
+
+Also, unit vector of $\boldsymbol{a}$ can be defined by $\boldsymbol{a} \cdot {|\boldsymbol{a}|}$
+
+## Scalar products / dot products
+
+If $\boldsymbol{a} = a_i \boldsymbol{i} + a_2 \boldsymbol{j}$ and $\boldsymbol{b} = b_i \boldsymbol{i} + b_2 \boldsymbol{j}$, the dot product is:
+$$\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} = a_1 b_1 + a_2 b_2$$
+
+Produces a real number, not a vector.
+
+$$\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{a} = |\boldsymbol{a}|^2$$
+
+## Geometric scalar products
+
+$$\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} = |\boldsymbol{a}| |\boldsymbol{b}| \cos \theta$$
+
+where $0 \le \theta \le \pi$
+
+## Perpendicular vectors
+
+If $\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b} = 0$, then $\boldsymbol{a} \perp \boldsymbol{b}$ (since $\cos 90 = 0$)
+
+## Finding angle between vectors
+
+$$\cos \theta = {{\boldsymbol{a} \cdot \boldsymbol{b}} \over {|\boldsymbol{a}| |\boldsymbol{b}|}} = {{a_1 b_1 + a_2 b_2} \over {|\boldsymbol{a}| |\boldsymbol{b}|}}$$
+
+
+## Vector projections
+
+Vector resolute of $\boldsymbol{a}$ in direction of $\boldsymbol{b}$ is magnitude of $\boldsymbol{a}$ in direction of $\boldsymbol{b}$.
+
+$$\boldsymbol{u}={{\boldsymbol{a}\cdot\boldsymbol{b}}\over |\boldsymbol{b}|^2}\boldsymbol{b}=\left({\boldsymbol{a}\cdot{\boldsymbol{b} \over |\boldsymbol{b}|}}\right)\left({\boldsymbol{b} \over |\boldsymbol{b}|}\right)=(\boldsymbol{a} \cdot \hat{\boldsymbol{b}})\hat{\boldsymbol{b}}$$
+
+
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