向量及其运算
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向量的基本运算在数学和物理中,向量是一个具有大小和方向的量。
向量可以进行多种基本运算,如相加、相减、数乘等。
本文将详细介绍向量的基本运算及其性质。
1. 向量的表示方法向量通常用带箭头的字母表示,例如$\vec{A}$,箭头表示向量的方向。
向量也可以用坐标表示,如$\vec{A}=(x,y,z)$表示三维向量。
在向量上还有一些常用记号,例如向量的模表示向量的大小,记作$|\vec{A}|$或$||\vec{A}||$。
2. 向量的加法向量的加法是将两个向量的对应分量相加。
设有两个向量$\vec{A}=(x_1,y_1,z_1)$和$\vec{B}=(x_2,y_2,z_2)$,则它们的和为$\vec{A}+\vec{B}=(x_1+x_2,y_1+y_2,z_1+z_2)$。
向量的加法满足交换律和结合律。
3. 向量的减法向量的减法是将两个向量的对应分量相减。
设有两个向量$\vec{A}=(x_1,y_1,z_1)$和$\vec{B}=(x_2,y_2,z_2)$,则它们的差为$\vec{A}-\vec{B}=(x_1-x_2,y_1-y_2,z_1-z_2)$。
求向量的差可以看作是求向量的和再乘以$-1$。
4. 数乘运算数乘是指将向量的每个分量都乘以一个实数。
设有一个向量$\vec{A}=(x,y,z)$和一个实数$k$,则$k\vec{A}=(kx,ky,kz)$。
数乘的运算性质包括交换律和结合律。
5. 内积内积是向量的一种重要的运算,它可以用来计算两个向量之间的夹角。
设有两个向量$\vec{A}=(x_1,y_1,z_1)$和$\vec{B}=(x_2,y_2,z_2)$,它们的内积表示为$\vec{A}\cdot\vec{B}=x_1x_2+y_1y_2+z_1z_2$。
内积满足交换律、结合律和分配律。
6. 外积外积是向量的另一种运算,它用于计算向量之间的垂直分量和面积。
设有两个向量$\vec{A}=(x_1,y_1,z_1)$和$\vec{B}=(x_2,y_2,z_2)$,它们的外积表示为$\vec{A}\times\vec{B}=(y_1z_2-y_2z_1,z_1x_2-z_2x_1,x_1y_2-x_2y_1)$。
№2向量及其运算1. 向量的生成①逐个元素直接输入向量元素需要有“[ ]”括起来,元素之间可以用空格、逗号或分号分隔。
用空格和逗号分隔生成行向量,用分号分隔生成列向量。
例:a=[1 2 3 0 -4 5.1]b=[0.1;3;5;8]②利用冒号表达式生成通过设定“步长(step)”,生成一维行向量,通用格式为:x=x0:step:x n。
x0表示向量的首元素值,x n表示尾元素数值限,step表示从第个元素开始,每一个元素与前一个元素的差值. step=1时,可省略此项的输入,直接写成x=x0:x n。
例:x=0:2:10y=1:2:10z=1:5③定数线性采样生成设定总点数n下,均匀采样生成一维行向量。
通用格式为x=linspace(a,b,n)。
a,b分别是生成向量的第一个和最后一个元素,n是采样总点数。
该指令生成的数组相当于由a:(a-b)/(n-1):b生成的数组。
缺省n时,生成100维的行向量。
clear %清除工作空间中的所有变量.x=linspace(-5,5,11)y=-5:10/10:5z=linspace(-5,5)④定数对数采样生成向量设定总点数n下,经“常用对数”均匀采样生成一维行向量。
通用格式为x=logspace(a,b,n) 。
生成数组的第一个元素值为10a,最后一个元素值为10b,n为采样总点数,缺省时,生成50维的行向量。
例如:clear %清除工作空间中的所有变量.x=logspace(1,5,5)y=1:(5-1)/(5-1):5xx=10.^yz=logspace(1,5)2. 向量元素的引用格式为:向量名(下标范围或元素所满足的条件)。
例:clearrand('state',0) %把均匀分布伪随机发生器置为初始状态x=rand(1,5) %产生(1×5)的均匀分布随机数组x(3) %引用数组x的第三个元素y=x([1 2 5]) %引用数组x的第一、二、五个元素z=x(1:3) %引用数组x的前三个元素w=x(3:end) %引用数组x的从第三个元素以后的元素v=x(3:-1:1) %由数组x的前3个元素倒排构成的了数组u=x(find(x>0.5)) %数组x中大于0.5的元素构成的子数组t=x([1 2 3 4 4 3 2 1]) %重复引用数组x中的元素构成的数组3. 向量与标量、向量与向量的运算①四则运算(+- * / \ .* ./ .\)标量a与向量x进行四则运算是a分别与x中的每个元素进行四则运算并生一个与x 等长的向量。
向量的运算与性质本文将围绕向量的运算与性质展开论述,探讨向量的基本概念、运算法则以及相关性质。
向量是数学中重要的基本概念之一。
它可以用有向线段表示,具有大小和方向。
向量的运算包括向量的加法和数乘。
一、向量的加法向量的加法满足交换律、结合律和对称律。
设有向量a和向量b,它们的加法运算可表示为a+b。
在几何上,向量a+b的结果是由向量a 和向量b依次相连形成的新向量,它的起点与向量a的起点重合,终点与向量b的终点重合。
向量加法满足交换律,即a+b=b+a;结合律,即(a+b)+c=a+(b+c);对称律,即a+b=b+a。
二、数乘向量的数乘是指将向量与实数相乘的运算。
设有向量a和实数k,它们的数乘运算可表示为ka。
在几何上,向量ka是由向量a按照倍数k进行拉伸或收缩得到的新向量,其大小和a的大小相差k倍,方向与a的方向相同(当k>0)或相反(当k<0)。
三、向量的性质1. 零向量:零向量是指大小为0的向量,记作0或O,它的方向可以是任意的。
2. 负向量:设有向量a,其负向量记作-a,它们的大小相等、方向相反。
3. 相等向量:两个向量a和b相等,当且仅当它们的大小相等、方向相同。
4. 平行向量:如果两个向量a和b的方向相同或相反,即a∥b,它们被称为平行向量。
5. 零向量与任何向量的运算:对于任意向量a,都有a+0=a和a+(-a)=0。
6. 数乘的性质:设有向量a和b,实数k和m,有以下性质:(1)k(a+b)=ka+kb;(2)(k+m)a=ka+ma;(3)k(ma)=(km)a;(4)1a=a,其中1表示实数1。
7. 向量的数量积:向量a和向量b的数量积(也称为点积或内积)记作a·b或(a,b),其结果是一个实数。
数量积的计算公式为a·b=|a||b|cosθ,其中|a|和|b|分别表示向量a和向量b的大小,θ表示向量a和向量b之间的夹角。
8. 向量的数量积的性质:设有向量a、向量b和向量c,实数k和m,有以下性质:(1)a·b=b·a(交换律);(2)(ka)·b=k(a·b);(3)(a+b)·c=a·c+b·c;(4)a·a=|a|^2(非负性)。