向量的加法
- 格式:doc
- 大小:298.00 KB
- 文档页数:6
向量的运算法则向量是数学中一个重要的概念,广泛应用于物理、工程、计算机等各个领域。
在实际应用中,我们常常需要对向量进行各种运算,而向量的运算法则则是我们进行这些运算的基础。
本文将介绍向量的基本运算法则,包括向量的加法、减法、数乘等。
1. 向量的加法设有两个向量a和b,表示为a=(a1, a2, a3),b=(b1, b2, b3)。
则这两个向量的加法定义为:a +b = (a1 + b1, a2 + b2, a3 + b3)即将两个向量对应分量相加,得到一个新的向量。
这个操作遵循向量加法的法则,不仅可以对二维向量进行加法,也可以对三维向量进行加法,甚至可以拓展到更高维度的向量。
2. 向量的减法与向量的加法类似,向量的减法也是将两个向量的对应分量相减得到一个新的向量。
设有两个向量a和b,则它们的减法定义为:a -b = (a1 - b1, a2 - b2, a3 - b3)向量的减法在几何意义上可以理解为将向量b沿着负方向平移后,再进行向量的加法操作。
3. 向量的数乘向量的数乘是指一个向量与一个标量相乘的操作。
设有一个向量a 和一个标量k,则向量a与标量k的乘积定义为:ka = (ka1, ka2, ka3)即将向量a的每个分量都乘以标量k,得到一个新的向量。
向量的数乘操作可以用来改变向量的大小和方向,是向量运算中一个非常重要的操作。
4. 向量的数量积向量的数量积,也称为点积,是向量运算中一个重要的概念。
设有两个向量a和b,则它们的数量积定义为:a ·b = a1 * b1 + a2 * b2 + a3 * b3数量积可以用来计算两个向量之间的夹角,还可以计算向量在某一方向上的投影长度,具有很多实际应用价值。
5. 向量的向量积向量的向量积,也称为叉积,是向量运算中另一个重要的概念。
设有两个向量a和b,则它们的向量积定义为:a ×b = (a2b3 - a3b2, a3b1 - a1b3, a1b2 - a2b1)向量积的结果是一个新的向量,它垂直于原来的两个向量所在的平面,其大小等于两个向量构成的平行四边形的面积。
向量的加法1. 引言在线性代数中,向量是一种常用的数学工具,用于表示具有方向和大小的物理量。
向量的加法是指将两个向量相加,得到一个新的向量。
向量的加法在数学、物理、计算机图形学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍向量的加法的基本概念和运算规则,并给出一些常见例子。
2. 向量的表示方法向量可以用多种方式进行表示,常见的方法有以下几种:2.1. 笛卡尔坐标表示法笛卡尔坐标表示法是最常见的表示向量的方法。
在笛卡尔坐标系中,一个向量可以表示为一个有序数对或有序数组,例如 (x, y) 或 [x, y]。
其中,x 表示向量在 x 轴上的分量,y 表示向量在 y 轴上的分量。
2.2. 线段表示法线段表示法是将向量表示为连接两个点的有向线段。
线段的起点表示向量的原点,终点表示向量的终点。
线段的长度表示向量的大小,线段的方向表示向量的方向。
2.3. 极坐标表示法极坐标表示法将向量表示为极坐标系中的一个点。
极坐标由极径和极角组成,极径表示向量的大小,极角表示向量与极径的夹角。
3. 向量的加法规则向量的加法遵循以下规则:3.1. 用向量的分量进行加法向量的加法可以通过对应分量之间的加法实现。
对于两个向量 A 和 B,它们的加法结果 C 的分量等于 A 和 B 对应分量之和。
C_x = A_x + B_xC_y = A_y + B_y3.2. 用向量的线段进行加法向量的加法可以通过将两个向量的线段相连实现。
对于两个向量 A 和 B,它们的加法结果 C 的起点为 A 的起点,终点为 B 的终点。
3.3. 用向量的极坐标进行加法向量的加法可以通过将两个向量的极坐标相加实现。
对于两个向量 A 和 B,它们的加法结果 C 的极径等于 A 的极径加上 B 的极径,极角等于 A 的极角加上 B 的极角。
4. 示例4.1. 示例一假设有两个向量 A 和 B,其分量表示如下:A = [3, 4]B = [1, -2]根据向量的加法规则,可以计算出它们的和 C:C = [3 + 1, 4 + (-2)] = [4, 2]所以向量 A 和 B 的和为 C = [4, 2]。
向量公式之蔡仲巾千创作设a=(x,y),b=(x',y')。
1、向量的加法向量的加法满足平行四边形法则和三角形法则。
AB+BC=AC。
a+b=(x+x',y+y')。
a+0=0+a=a。
向量加法的运算律:交换律:a+b=b+a;结合律:(a+b)+c=a+(b+c)。
2、向量的减法如果a、b是互为相反的向量,那么a=-b,b=-a,a+b=0. 0的反向量为0AB-AC=CB. 即“共同起点,指向被减”a=(x,y) b=(x',y') 则 a-b=(x-x',y-y').4、数乘向量实数λ和向量a的乘积是一个向量,记作λa,且∣λa∣=∣λ∣•∣a∣。
当λ>0时,λa与a同方向;当λ<0时,λa与a反方向;当λ=0时,λa=0,方向任意。
当a=0时,对于任意实数λ,都有λa=0。
注:按定义知,如果λa=0,那么λ=0或a=0。
实数λ叫做向量a的系数,乘数向量λa的几何意义就是将暗示向量a的有向线段伸长或压缩。
当∣λ∣>1时,暗示向量a的有向线段在原方向(λ>0)或反方向(λ<0)上伸长为原来的∣λ∣倍;当∣λ∣<1时,暗示向量a的有向线段在原方向(λ>0)或反方向(λ<0)上缩短为原来的∣λ∣倍。
数与向量的乘法满足下面的运算律结合律:(λa)•b=λ(a•b)=(a•λb)。
向量对于数的分配律(第一分配律):(λ+μ)a=λa+μa.数对于向量的分配律(第二分配律):λ(a+b)=λa+λb.数乘向量的消去律:① 如果实数λ≠0且λa=λb,那么a=b。
② 如果a≠0且λa=μa,那么λ=μ。
3、向量的的数量积定义:已知两个非零向量a,b。
作OA=a,OB=b,则角AOB称作向量a和向量b的夹角,记作〈a,b〉并规定0≤〈a,b〉≤π 定义:两个向量的数量积(内积、点积)是一个数量,记作a•b。
若a、b不共线,则a•b=|a|•|b|•cos〈a,b〉;若a、b共线,则a•b=+-∣a∣∣b∣。
6.2 平面向量的运算 6.2.1 向量的加法运算知识点一 向量加法的定义及其运算法则 1.向量加法的定义求两个向量和的运算,叫做向量的加法. 2.向量求和的法则已知非零向量a ,b ,在平面内任取一点A ,作AB →=a ,BC →=b ,则向量AC →叫做a 与b 的和,记作a +b ,即a +b =AB →+BC →=AC →.这种求向量和的方法,称为向量加法的三角形法则.对于零向量与任意向量a ,规定a +0=0+a =a以同一点O 为起点的两个已知向量a ,b 为邻边作▱OACB ,则以O 为起点的对角线OC →就是a 与b 的和.把这种作两个向量和的方法叫做向量加法的平行四边形法则位移的合成可以看作向量加法的三角形法则的物理模型,力的合成可以看作向量加法的平行四边形法则的物理模型.知识点二 向量加法的运算律 向量加法的运算律一、向量加法法则例1 (1)如图①所示,求作向量a +b . (2)如图②所示,求作向量a +b +c .解 (1)首先作向量OA →=a ,然后作向量AB →=b ,则向量OB →=a +b .如图③所示.(2)方法一 (三角形法则)如图④所示,首先在平面内任取一点O ,作向量OA →=a ,再作向量AB →=b ,则得向量OB →=a +b ,然后作向量BC →=c ,则向量OC →=(a +b )+c =a +b +c 即为所求.方法二 (平行四边形法则)如图⑤所示,首先在平面内任取一点O ,作向量OA →=a ,OB →=b ,OC →=c , 以OA ,OB 为邻边作▱OADB ,连接OD , 则OD →=OA →+OB →=a +b .再以OD ,OC 为邻边作▱ODEC ,连接OE , 则OE →=OD →+OC →=a +b +c 即为所求.跟踪1 如图所示,O 为正六边形ABCDEF 的中心,化简下列向量.(1)OA →+OC →=________;(2)BC →+FE →=________;(3)OA →+FE →=________. 答案 (1)OB → (2)AD →(3)0解析 (1)因为四边形OABC 是以OA ,OC 为邻边的平行四边形,OB 是其对角线,故OA →+OC →=OB →.(2)因为BC →=FE →,故BC →+FE →与BC →方向相同,长度为BC →的长度的2倍,故BC →+FE →=AD →. (3)因为OD →=FE →,故OA →+FE →=OA →+OD →=0. 二、向量加法运算律的应用 例2 化简:(1)BC →+AB →;(2)DB →+CD →+BC →;(3)AB →+DF →+CD →+BC →+F A →. 解 (1)BC →+AB →=AB →+BC →=AC →. (2)DB →+CD →+BC →=BC →+CD →+DB → =(BC →+CD →)+DB →=BD →+DB →=0. (3)AB →+DF →+CD →+BC →+F A → =AB →+BC →+CD →+DF →+F A → =AC →+CD →+DF →+F A → =AD →+DF →+F A → =AF →+F A →=0.跟踪2 已知正方形ABCD 的边长等于1,则|AB →+AD →+BC →+DC →|=________. 答案 22解析 |AB →+AD →+BC →+DC →|=|AB →+BC →+AD →+DC →|=|AC →+AC →|=2|AC →|=2 2. 三、向量加法的实际应用例3 河水自西向东流动的速度为10 km/h ,小船自南岸沿正北方向航行,小船在静水中的速度为10 3 km/h ,求小船的实际航行速度.解 设a ,b 分别表示水流的速度和小船在静水中的速度,过平面内一点O 作OA →=a ,OB →=b ,以OA →,OB →为邻边作矩形OACB ,连接OC →,如图,则OC →=a +b ,并且OC →即为小船的实际航行速度.∴|OC →|=|a +b |2=|a |2+|b |2=20(km/h), tan ∠AOC =10310=3,∴∠AOC =60°,∴小船的实际航行速度为20 km/h ,沿北偏东30°的方向航行.跟踪3 如图,用两根绳子把重10 N 的物体W 吊在水平杆子AB 上,∠ACW =150°,∠BCW =120°,求A 和B 处所受力的大小.(绳子的重量忽略不计)解 如图所示,设CE →,CF →分别表示A ,B 所受的力,10 N 的重力用CG →表示,则CE →+CF →=CG →.由题意可得∠ECG =180°-150°=30°,∠FCG =180°-120°=60°. ∴|CE →|=|CG →|cos 30° =10×32=53(N), |CF →|=|CG →|cos 60° =10×12=5(N).∴A 处所受的力为5 3 N ,B 处所受的力为5 N.。
向量的加法法则
向量的加法法则是指两个向量在空间中进行相加的规则。
例如,将两个相同方向的向量相加可以得到一个更长的向量,相反方向的向量相加则会得到一个更短的向量。
向量的加法有以下几种情况:
①平行向量的加法
如果两个向量方向相同,那它们就是平行向量,它们可以直接相加。
其结果等于两个向量相加的模长值的向量。
例如,向量a和向量b都指向右方(平行),向量a的模长为3,向量b的模长为4,那么它们的和向量c的模长为7,并指向右方。
②反平行向量的加法
如果两个向量方向相反,那它们就是反平行向量,它们在相加前需要先取反其一。
其结果等于两个向量模长的差值向量。
例如,向量a和向量b方向相反,向量a的模长为3,向量b的模长为4,那么反平行向量a+b的模长为1(|3-4|=1),并指向a的反方向。
③垂直向量的加法
如果两个向量互相垂直,那它们的和向量等于它们之间组成的直角三角形的斜边长。
可以用勾股定理求出。
即:向量c²=向量a²+向量b²。
例如,向量a垂直于向量b,且向量a的模长为3,向量b的模长为4,那么它们的和向量c的模长等于根号(3²+4²)=5,同时c的方向和第一象限的y轴正方向夹角45°。
总之,向量的加法法则虽然简单,但也需要在实际问题中加以注意,需要根据向量所处的情况而进行不同的运算处理,才能得到正确的结果。
向量公式设a=(x,y),b=(x',y')。
1、向量的加法向量的加法满足平行四边形法则和三角形法则。
AB+BC=AC。
a+b=(x+x',y+y')。
a+0=0+a=a。
向量加法的运算律:交换律:a+b=b+a;结合律:(a+b)+c=a+(b+c)。
2、向量的减法如果a、b是互为相反的向量,那么a=-b,b=-a,a+b=0. 0的反向量为0AB-AC=CB. 即“共同起点,指向被减”a=(x,y) b=(x',y') 则 a-b=(x-x',y-y').4、数乘向量实数λ和向量a的乘积是一个向量,记作λa,且∣λa∣=∣λ∣?∣a∣。
当λ>0时,λa与a同方向;当λ<0时,λa与a反方向;当λ=0时,λa=0,方向任意。
当a=0时,对于任意实数λ,都有λa=0。
注:按定义知,如果λa=0,那么λ=0或a=0。
实数λ叫做向量a的系数,乘数向量λa的几何意义就是将表示向量a的有向线段伸长或压缩。
当∣λ∣>1时,表示向量a的有向线段在原方向(λ>0)或反方向(λ<0)上伸长为原来的∣λ∣倍;当∣λ∣<1时,表示向量a的有向线段在原方向(λ>0)或反方向(λ<0)上缩短为原来的∣λ∣倍。
数与向量的乘法满足下面的运算律结合律:(λa)?b=λ(a?b)=(a?λb)。
向量对于数的分配律(第一分配律):(λ+μ)a=λa+μa.数对于向量的分配律(第二分配律):λ(a+b)=λa+λb.数乘向量的消去律:①如果实数λ≠0且λa=λb,那么a=b。
②如果a≠0且λa=μa,那么λ=μ。
3、向量的的数量积定义:已知两个非零向量a,b。
作OA=a,OB=b,则角AOB称作向量a和向量b的夹角,记作〈a,b〉并规定0≤〈a,b〉≤π定义:两个向量的数量积(内积、点积)是一个数量,记作a?b。
若a、b不共线,则a?b=|a|?|b|?cos〈a,b〉;若a、b共线,则a?b=+-∣a∣∣b∣。
、向量的加法向量的加法向量的加法满足平行四边形法则和三角形法则。
向量的加法OB+OA=OC。
a+b=(x+x',y+y')。
a+0=0+a=a。
向量加法的运算律:交换律:a+b=b+a;结合律:(a+b)+c=a+(b+c)。
2、向量的减法如果a、b是互为相反的向量,那么a=-b,b=-a,a+b=0. 0的反向量为0向量的减法AB-AC=CB. 即“共同起点,指向被向量的减法减”a=(x,y)b=(x',y') 则a-b=(x-x',y-y').3、数乘向量实数λ和向量a的乘积是一个向量,记作λa,且∣λa∣=∣λ∣·∣a∣。
当λ>0时,λa与a同方向;向量的数乘当λ<0时,λa与a反方向;向量的数乘当λ=0时,λa=0,方向任意。
当a=0时,对于任意实数λ,都有λa=0。
注:按定义知,如果λa=0,那么λ=0或a=0。
实数λ叫做向量a的系数,乘数向量λa的几何意义就是将表示向量a的有向线段伸长或压缩。
当∣λ∣>1时,表示向量a的有向线段在原方向(λ>0)或反方向(λ<0)上伸长为原来的∣λ∣倍;当∣λ∣<1时,表示向量a的有向线段在原方向(λ>0)或××反方向(λ<0)上缩短为原来的∣λ∣倍。
数与向量的乘法满足下面的运算律结合律:(λa)·b=λ(a·b)=(a·λb)。
向量对于数的分配律(第一分配律):(λ+μ)a=λa+μa.数对于向量的分配律(第二分配律):λ(a+b)=λa+λb.数乘向量的消去律:①如果实数λ≠0且λa=λb,那么a=b。
②如果a≠0且λa=μa,那么λ=μ。
4、向量的数量积定义:已知两个非零向量a,b。
作OA=a,OB=b,则角AOB称作向量a和向量b 的夹角,记作〈a,b〉并规定0≤〈a,b〉≤π定义:两个向量的数量积(内积、点积)是一个数量,记作a·b。
向量加减法公式
向量加法和减法是在向量空间中进行的基本操作。
它们可以帮助我们计算多个向量之间的总和或差异。
向量加法的公式如下:
对于两个n维向量A和B,它们的和向量C可以表示为:
C = A + B = (A1 + B1, A2 + B2, ..., An + Bn)
例如,如果有两个二维向量A = (2, 3)和B = (1, -4),它们的和向量C可以计算为:
C = (2 + 1, 3 + (-4)) = (3, -1)
向量减法的公式如下:
对于两个n维向量A和B,它们的差向量D可以表示为:
D = A - B = (A1 - B1, A2 - B2, ..., An - Bn)
例如,如果有两个二维向量A = (2, 3)和B = (1, -4),它们的差向量D可以计算为:
D = (2 - 1, 3 - (-4)) = (1, 7)
向量加法和减法具有一些重要的性质:
1. 交换律:A + B = B + A,A - B ≠ B - A
2. 结合律:(A + B) + C = A + (B + C),(A - B) - C ≠ A - (B -
C)
3. 零向量:对于任意向量A,都有A + 0 = A,A - 0 = A,其中0是全为零的向量。
在实际应用中,向量加法和减法可以用于计算两个向量的合力、位置变化等。
同时,它们也可以用于解决几何和物理问题,如平面几何中的位移、速度、加速度等概念。
2.2.1向量的加法运算及其几何意义
教学目标:
(一)知识目标
1、向量加法的意义.
2、三角形法则和平行四边形法则.
3、向量加法的交换律和结合律.
(二)能力目标
1、能用三角形法则和平行四边形法则作几个向量的和向量.
2、能运用向量加法的运算律进行向量计算.
3、培养学生数形结合的思想和抽象与概括、分析与综合的思维方法.
(三)德育目标
1、根据向量加法法则的引入过程,使学生认识到不同学科之间存在一定的联系.
2、通过对本节课的学习,使同学们认识到掌握知识的规律:从“观察与实验”到
“分析与综合”,再到“抽象与概括”.
教学重点
1、对向量加法意义的理解.
2、三角形法则和平行四边形法则的原理.
3、向量加法的交换律和结合律.
教学难点
1、两种法则的具体运用.
2、灵活运用向量加法的运算律.
教学方法
多媒体辅助,启发式、交互式教学.
1 / 6
2 / 6
一、 新课引入
引入:同学们都知道,实数是有大小的量,可以进行四则运算.而向量是既有大小又有
方向的量,它是否也可以进行运算呢? (电脑演示“两岸直航”示例)
首先我们来看物理中的“位移”和“力”是怎样求和的:
1. 某车从A 到B ,再从B 改变方向到C , 则两次的位移和:AC BC AB =+
2. 若有两个力F1,F2同时作用于同一物体, 则此物体所受合力为:F1 + F2 = F
教师提出课题:平面向量的加法(板书)
学习目标:掌握向量的加法的定义。
能熟练运用三角形法则和平行四边形法则做几个向量的和向量。
能准确表述向量加法的交换律和结合律,并能熟练运用它们进行向量计算。
二、新课探究
1、
定义:求两个向量的和的运算,叫做向量的加法.
注意:两个向量的和仍旧是向量(简称和向量)
2、
三角形法则与平行四边形法则:
注意:在该法则中:“向量平移”要使前一个向量的终点为后一个向量的起点;
和向量的方向是由前一个向量的起点指向后一个向量的终点. 位移合成可以看做向量加法三角形法则的物理模型
F 2
F
F1
A B
C
A B
C
a +
b a
b
a +
b A
B
C a b
b
a
A
C
a +b
a
b B
3 / 6
注意:
此时我们注意到:以同一点O 为起点的两个已知向量 a 、b 为邻边作平行四边形OABC ,则以O 为起点的对角线OB 就是a 、b 的和. 我们把这种作两个向量和的方法叫做向量加法的平行四边形法则.
力的合成可以看做向量加法平行四边形法则的物理模型 对于零向量有a a a =+=+00
练习1、 已知向量a 、b ,用向量加法的三角形法则求作向量a +b
作法:在平面内取一点O ,
作OA a =, AB b =
则OB a b =+
练习2、 已知向量a 、b ,用向量加法的
平行四边形法则求作向量a +b
作法:在平面内取一点O ,
作OA a =, AB b =
则OB a b =+ 共线向量的加法 (1)方向相同 (2)方向相反
O
C
A
b
a
O
A
B
b a
C
O
A
B
b b
a
a
a +b
A
B
C
b
A
B
C
a +
b a b
4 / 6
探究:明确了a +b 的方向后,我们来探讨a b a b +、与之间的关系.
(1) (2) (3)
由上述三种情形可得如下结论:
(1)当向量b a ,不共线时,b a +的方向与b a ,不同向,且||||||b a b a
+<+
(2)当向量b a ,同向时,b a +的方向与b a ,同向,且||||||b a b a
+=+
(3)当向量b a
,反向时,
若||||b a >,则b a +的方向与,a
同向,且||||||b a b a -=+;
若||||b a <,则b a +的方向与,a
反向,且||||||a b b a -=+; 一般地,我们有|||||||||b a b a b a
+≤+≤-
3.加法的交换律与结合律
提出问题:b +a 的结果与a +b 是否相同?
结论: a +b =b +a
那么,这一等式的成立说明了什么呢?
结论:向量的加法满足交换律:a +b =b +a
已知三个向量a 、b 、c ,如何作向量 a +b +c ?
分析:我们分两种情形(1)(a +b ) +c (2)a + (b +c )
作 a AB =, b BC =, c CD = 则 (a +b ) +c =AD CD AC =+
A
B
C
D
a c
a +b+c
b a +b
b+c A B
C
a +
b a
b
a +
b A
B
C a b
A B
C a +b a b
5 / 6
a + (
b +
c ) =AD BD AB =+
∴(a +b ) +c =a + (b +c ) 即 AD a b c =++
若a 、b 、c 中有共线的情形或a 、b 、c 至少有一个为零向量,则等式
(a +b ) +c =a + (b +c )也成立. (学生可以自行验证)
由此亦可知向量的加法满足结合律:(a +b ) +c =a + (b +c )
综合两个运算律可知:多个向量的加法运算可以按照任意的次序、任意的组合来进行.
尝试练习3:填空如图:已知平行四边形ABCD,
(1)AB BC +=(2)AB AD +=
(3)BC AB +=
(4)()AB BC CD ++=(5)()AB BC CD ++=
尝试练习4:求下列向量的和
(1)AB BC CD DE EF FG +++++=
(2)CD BC AB ++=
三、综合应用
例一艘船以
的速度向垂直于对岸的方向行驶,同时河水的流速为 ,求船实际航行速度的大小与方向(用与流速
间的夹角表示).
分析:如图,设AD 表示船向垂直于对岸行驶的速度,
D
C
B
A km/h
32km/h 2
6 / 6
AB 表示水流的速度,以AD 、AB 为邻边作ABCD ,则AC 就是船实际航行的速度。
解:在Rt ABC ∆中,223AB BC ==,
∴
22
AC AB BC
=
+
=
tan 260.
CAB CAB ︒
∠=
=∴∠=
答:船实际航行速度为4/km h ,方向与流速间的夹角为60︒。
四、小结
1、平行四边形法则:起点相同,适用于不共线向量的加法
2、三角形法则:首尾相接,适用于任意向量的加法
3、运算律:交换律 a b b a +=+,结合律()()a b c a b c ++
=++
五、板书设计。