数乘向量的运算律
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平面向量的数乘和运算律一、平面向量的数乘和运算律1、向量的加法求两个向量和的运算,叫做向量的加法。
注:向量的和仍是一个向量;对于零向量与任一向量$\boldsymbol a$,有$\boldsymbol 0+\boldsymbol a=\boldsymbol a+\boldsymbol 0=\boldsymbol a$,即任意向量与零向量的和为其本身。
①常用结论$\boldsymbol 0+\boldsymbol a=\boldsymbol a+\boldsymbol 0=\boldsymbol a$,$|\boldsymbol a+\boldsymbol b|\leqslant |\boldsymbol a|+|\boldsymbol b|$。
当$\boldsymbol a$与$\boldsymbol b$同向时,$|\boldsymbol a+\boldsymbolb|=|\boldsymbol a|+|\boldsymbol b|$。
当$\boldsymbol a$与$\boldsymbol b$反向或$\boldsymbol a$,$\boldsymbol b$中至少有一个为$\boldsymbol 0$时,$|\boldsymbol a+\boldsymbol b|=$$|\boldsymbol a|-|\boldsymbol b|$(或$|\boldsymbol b|-|\boldsymbol a|$)。
②向量加法的运算律交换律:$\boldsymbol a+\boldsymbol b=\boldsymbol b+\boldsymbol a$。
结合律:$(\boldsymbol a+\boldsymbol b)+\boldsymbol c=\boldsymbola+(\boldsymbol b+\boldsymbol c)$。
2、向量的减法求两个向量差的运算,叫做向量的减法。
注:减去一个向量,相当于加上这个向量的相反向量,两个向量的差仍是向量。
向量的运算律及其应用向量是数学中常用的一种表示方式,它具有大小和方向的特性。
在实际问题中,向量的运算律是解决向量相关问题的重要工具。
本文将介绍向量的基本运算律,并探讨它们在实际应用中的具体运用。
一、向量的基本运算律1. 向量的加法向量的加法是指两个向量相加后得到一个新向量的操作。
对于两个向量A和A来说,它们的加法运算可以表示为A = A + A。
向量的加法满足以下运算律:- 交换律:A + A = A + A- 结合律:(A + A) + A = A + (A + A)2. 向量的减法向量的减法是指两个向量相减后得到一个新向量的操作。
对于两个向量A和A来说,它们的减法运算可以表示为A = A - A。
向量的减法满足以下运算律:- A - A = A + (-A)3. 向量的数乘向量的数乘是指一个向量乘以一个实数得到一个新向量的操作。
对于一个向量A和一个实数A来说,它们的数乘运算可以表示为A= AA。
向量的数乘满足以下运算律:- 结合律:A(AA) = (AA)A- 分配律:(A + A)A = AA + AA二、向量运算律的应用1. 向量的线性组合向量的线性组合是指将若干个向量按一定比例相加得到一个新向量的操作。
例如,给定向量A、A和A,它们的线性组合可以表示为AA + AA + AA,其中A、A和A为实数系数。
2. 向量的数量积向量的数量积(内积)是指两个向量相乘后得到一个实数的操作。
对于两个向量A和A来说,它们的数量积可以表示为A·A = |A||A|cosθ,其中|A|和|A|分别表示向量的模,θ为两个向量之间的夹角。
3. 向量的向量积向量的向量积(叉积)是指两个向量相乘后得到一个新向量的操作。
对于两个向量A和A来说,它们的向量积可以表示为A×A= |A||A|sinθA,其中|A|和|A|分别表示向量的模,θ为两个向量之间的夹角,A为垂直于向量A和A所在平面的单位向量。
2.2.3向量数乘运算及其几何意义学习目标1.了解向量数乘的概念,并理解这种运算的几何意义.2.理解并掌握向量数乘的运算律,会运用向量数乘运算律进行向量运算.3.理解并掌握两向量共线的性质及其判定方法,并能熟练地运用这些知识处理有关共线向量问题.知识点一 向量数乘的定义实数λ与向量a 的积是一个向量,这种运算叫做向量的数乘,记作λa ,其长度与方向规定如下: (1)|λa |=|λ||a |.(2)λa (a ≠0)的方向⎩⎪⎨⎪⎧当λ>0时,与a 方向相同;当λ<0时,与a 方向相反.特别地,当λ=0或a =0时,0a =0或λ0=0. 知识点二 向量数乘的运算律 1.λ(μa )=(λμ)a . 2.(λ+μ)a =λa +μa . 3.λ(a +b )=λa +λb . 知识点三 向量共线定理 1.向量共线定理向量a (a ≠0)与b 共线,当且仅当有唯一一个实数λ,使b =λa . 2.向量的线性运算向量的加、减、数乘运算统称为向量的线性运算,对于任意向量a ,b ,以及任意实数λ,μ1,μ2,恒有λ(μ1a ±μ2b )=λμ1a ±λμ2b . 思考 共线向量定理中为什么规定a ≠0?答案 若将条件a ≠0去掉,即当a =0时,显然a 与b 共线. (1)若b ≠0,则不存在实数λ,使b =λa . (2)若b =0,则对任意实数λ,都有b =λa .1.若向量b 与a 共线,则存在唯一的实数λ使b =λa .( × ) 提示 当b =0,a =0时,实数λ不唯一. 2.若b =λa ,则a 与b 共线.( √ ) 提示 由向量共线定理可知其正确. 3.若λa =0,则a =0.( × ) 提示 若λa =0,则a =0或λ=0.题型一 向量的线性运算例1 (1)3(6a +b )-9⎝⎛⎭⎫a +13b =________. 考点 向量的线性运算及应用 题点 向量的线性运算答案 9a解析 3(6a +b )-9⎝⎛⎭⎫a +13b =18a +3b -9a -3b =9a . (2)若3(x +a )+2(x -2a )-4(x -a +b )=0,则x =______. 考点 向量的线性运算及应用 题点 向量的线性运算 答案 4b -3a解析 由已知得3x +3a +2x -4a -4x +4a -4b =0, 所以x +3a -4b =0,所以x =4b -3a . 反思感悟 向量线性运算的基本方法(1)类比法:向量的数乘运算类似于代数多项式的运算,例如,实数运算中的去括号、移项、合并同类项、提取公因式等变形手段在数与向量的乘积中同样适用,但是这里的“同类项”、“公因式”是指向量,实数看作是向量的系数.(2)方程法:向量也可以通过列方程来解,把所求向量当作未知数,利用解方程的方法求解,同时在运算过程中多注意观察,恰当的运用运算律,简化运算. 跟踪训练1 计算:(a +b )-3(a -b )-8a . 考点 向量的线性运算及应用 题点 向量的线性运算解 (a +b )-3(a -b )-8a =(a -3a )+(b +3b )-8a =-2a +4b -8a =-10a +4b .题型二 向量共线的判定及应用命题角度1 判定向量共线或三点共线 例2 已知非零向量e 1,e 2不共线.(1)若a =12e 1-13e 2,b =3e 1-2e 2,判断向量a ,b 是否共线.考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理判定向量共线 解 ∵b =6a ,∴a 与b 共线.(2)若AB →=e 1+e 2,BC →=2e 1+8e 2,CD →=3(e 1-e 2),求证:A ,B ,D 三点共线.考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理判定三点共线证明 ∵AB →=e 1+e 2,BD →=BC →+CD →=2e 1+8e 2+3e 1-3e 2=5(e 1+e 2)=5AB →, ∴AB →,BD →共线,且有公共点B , ∴A ,B ,D 三点共线.反思感悟 (1)向量共线的判断(证明)是把两向量用共同的已知向量来表示,进而互相表示,从而判断共线.(2)利用向量共线定理证明三点共线,一般先任取两点构造向量,从而将问题转化为证明两向量共线,需注意的是,在证明三点共线时,不但要利用b =λa (a ≠0),还要说明向量a ,b 有公共点.跟踪训练2 已知非零向量e 1,e 2不共线,如果AB →=e 1+2e 2,BC →=-5e 1+6e 2,CD →=7e 1-2e 2,则共线的三个点是________. 考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理判定三点共线 答案 A ,B ,D解析 ∵AB →=e 1+2e 2,BD →=BC →+CD → =-5e 1+6e 2+7e 1-2e 2=2(e 1+2e 2)=2AB →, ∴AB →,BD →共线,且有公共点B , ∴A ,B ,D 三点共线.命题角度2 利用向量共线求参数值例3 已知非零向量e 1,e 2不共线,欲使k e 1+e 2和e 1+k e 2共线,试确定k 的值. 考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理求参数 解 ∵k e 1+e 2与e 1+k e 2共线, ∴存在实数λ,使k e 1+e 2=λ(e 1+k e 2), 则(k -λ)e 1=(λk -1)e 2,由于e 1与e 2不共线,只能有⎩⎪⎨⎪⎧k -λ=0,λk -1=0,∴k =±1.反思感悟 利用向量共线定理,即b 与a (a ≠0)共线⇔b =λa ,既可以证明点共线或线共线问题,也可以根据共线求参数的值.跟踪训练3 设两个不共线的向量e 1,e 2,若a =2e 1-3e 2,b =2e 1+3e 2,c =2e 1-9e 2,问是否存在实数λ,μ,使d =λa +μb 与c 共线? 考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理求参数 解 d =λ(2e 1-3e 2)+μ(2e 1+3e 2) =(2λ+2μ)e 1+(3μ-3λ)e 2,要使d 与c 共线,则存在实数k ,使得d =k c , 即(2λ+2μ)e 1+(-3λ+3μ)e 2=2k e 1-9k e 2. 因为e 1与e 2不共线,所以⎩⎪⎨⎪⎧2λ+2μ=2k ,-3λ+3μ=-9k ,得λ=-2μ.故存在实数λ和μ,使得d 与c 共线,此时λ=-2μ. 题型三 用已知向量表示其他向量例4 在△ABC 中,若点D 满足BD →=2DC →,则AD →等于( ) A.13AC →+23AB → B.53AB →-23AC →C.23AC →-13AB → D.23AC →+13AB → 考点 向量共线定理及其应用 题点 用已知向量表示未知向量 答案 D解析 示意图如图所示,由题意可得AD →=AB →+BD →=AB →+23BC →=AB →+23(AC →-AB →)=13AB →+23AC →.跟踪训练4 如图所示,四边形OADB 是以向量OA →=a ,OB →=b 为邻边的平行四边形.又BM =13BC ,CN =13CD ,试用a ,b 表示OM →,ON →,MN →.考点 向量共线定理及其应用 题点 用已知向量表示未知向量解 因为BM →=13BC →=16BA →=16(OA →-OB →)=16(a -b ),所以OM →=OB →+BM →=b +16a -16b =16a +56b .因为CN →=13CD →=16OD →,所以ON →=OC →+CN →=12OD →+16OD →=23OD →=23(OA →+OB →)=23(a +b ). MN →=ON →-OM →=23(a +b )-16a -56b =12a -16b .向量的综合应用典例 如图,设O 是△ABC 内一点,且满足OA →+2OB →+3OC →=0,则△ABC 与△AOC 的面积之比为________.答案 3解析 如图所示,分别取BC ,AC 边的中点D ,E ,则OB →+OC →=2OD →,① OA →+OC →=2OE →,② 由①×2+②可得OA →+2OB →+3OC →=2(2OD →+OE →). 又因为OA →+2OB →+3OC →=0, 所以2OD →+OE →=0,即OE →=-2OD →, 所以OD →,OE →共线,且|OE →|=2|OD →|.所以S △AOC =2S △COE =2×23S △CDE =2×23×14S △ABC =13S △ABC ,所以S △ABC S △AOC=3.[素养评析] 本题主要考查向量共线条件的应用,解题时需充分利用好几何图形,借助几何直观使问题得解,这正体现了数学中直观想象的核心素养.1.下列各式计算正确的有( ) (1)(-7)6a =-42a ; (2)7(a +b )-8b =7a +15b ; (3)a -2b +a +2b =2a ; (4)4(2a +b )=8a +4b .A .1个B .2个C .3个D .4个 考点 向量的线性运算及应用 题点 向量的线性运算 答案 C解析 (1)(3)(4)正确,(2)错,7(a +b )-8b =7a +7b -8b =7a -b . 2.在△ABC 中,M 是BC 的中点,则AB →+AC →等于( ) A.12AM → B.AM → C .2AM → D.MA → 考点 向量的线性运算及应用 题点 向量的线性运算 答案 C解析 如图,作出平行四边形ABEC ,因为M 是BC 的中点,所以M 也是AE 的中点,由题意知,AB →+AC →=AE →=2AM →,故选C.3.设e 1,e 2是两个不共线的向量,若向量m =-e 1+k e 2 (k ∈R )与向量n =e 2-2e 1共线,则( ) A .k =0 B .k =1 C .k =2D .k =12考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理求参数 答案 D解析 当k =12时,m =-e 1+12e 2,n =-2e 1+e 2.∴n =2m ,此时m ,n 共线.4.已知P ,A ,B ,C 是平面内四点,且P A →+PB →+PC →=AC →,则下列向量一定共线的是( ) A.PC →与PB → B.P A →与PB → C.P A →与PC →D.PC →与AB → 考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理判定向量共线 答案 B解析 因为P A →+PB →+PC →=AC →, 所以P A →+PB →+PC →+CA →=0, 即-2P A →=PB →,所以P A →与PB →共线.5.如图所示,已知AP →=43AB →,用OA →,OB →表示OP →.考点 向量共线定理及其应用 题点 用已知向量表示未知向量 解 OP →=OA →+AP →=OA →+43AB →=OA →+43(OB →-OA →)=-13OA →+43OB →.1.实数与向量可以进行数乘运算,但不能进行加减运算,例如λ+a ,λ-a 是没有意义的. 2.λa 的几何意义就是把向量a 沿着a 的方向或反方向扩大或缩小为原来的|λ|倍.向量a|a |表示与向量a 同向的单位向量.3.向量共线定理是证明三点共线的重要工具,即三点共线问题通常转化为向量共线问题.一、选择题1.下列说法中正确的是( ) A .λa 与a 的方向不是相同就是相反 B .若a ,b 共线,则b =λa C .若|b |=2|a |,则b =±2a D .若b =±2a ,则|b |=2|a | 考点 向量数乘的定义及运算 题点 向量数乘的定义及几何意义 答案 D解析 显然当b =±2a 时,必有|b |=2|a |. 2.3(2a -4b )等于( ) A .5a +7b B .5a -7b C .6a +12bD .6a -12b考点 向量的线性运算及应用 题点 向量的线性运算 答案 D解析 利用向量数乘的运算律,可得3(2a -4b )=6a -12b ,故选D.3.已知a ,b 是不共线的向量,AB →=λa +2b ,AC →=a +(λ-1)b ,且A ,B ,C 三点共线,则实数λ的值为( ) A .-1 B .2 C .-2或1D .-1或2考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理求参数 答案 D解析 因为A ,B ,C 三点共线, 所以存在实数k 使AB →=kAC →. 因为AB →=λa +2b ,AC →=a +(λ-1)b , 所以λa +2b =k [a +(λ-1)b ].因为a 与b 不共线,所以⎩⎪⎨⎪⎧λ=k ,2=k (λ-1),解得λ=2或λ=-1.4.如图,△ABC 中,AB →=a ,AC →=b ,DC →=3BD →,AE →=2EC →,则DE →等于( )A .-13a +34bB.512a -34b C.34a +13b D .-34a +512b考点 向量共线定理及其应用 题点 用已知向量表示未知向量 答案 D解析 DE →=DC →+CE →=34BC →+⎝⎛⎭⎫-13AC → =34(AC →-AB →)-13AC →=-34AB →+512AC →=-34a +512b ,故选D.5.如图,AB 是⊙O 的直径,点C ,D 是半圆弧AB 上的两个三等分点,AB →=a ,AC →=b ,则AD →等于( )A .a -12bB.12a -b C .a +12bD.12a +b 考点 向量共线定理及其应用 题点 用已知向量表示未知向量 答案 D解析 连接CD ,OD ,如图所示.∵点C ,D 是半圆弧AB 上的两个三等分点, ∴AC =CD ,∠CAD =∠DAB =12×60°=30°. ∵OA =OD ,∴∠ADO =∠DAO =30°. 由此可得∠CAD =∠ADO =30°,∴AC ∥DO . 由AC =CD ,得∠CDA =∠CAD =30°, ∴∠CDA =∠DAO ,∴CD ∥AO , ∴四边形ACDO 为平行四边形, ∴AD →=AO →+AC →=12AB →+AC →=12a +b .6.已知m ,n 是实数,a ,b 是向量,则下列说法中正确的是( ) ①m (a -b )=m a -m b ;②(m -n )a =m a -n a ; ③若m a =m b ,则a =b ;④若m a =n a ,则m =n . A .②④ B .①② C .①③ D .③④ 考点 向量数乘的定义及运算 题点 向量数乘的运算及运算律 答案 B解析 ①和②属于数乘对向量与实数的分配律,正确;③中,若m =0,则不能推出a =b ,错误;④中,若a =0,则m ,n 没有关系,错误.7.在平行四边形ABCD 中,AC 与BD 交于点O ,E 是线段OD 的中点,AE 的延长线与CD交于点F .若AC →=a ,BD →=b ,则AF →等于( ) A.14a +12b B.13a +23b C.12a +14b D.23a +13b 考点 向量共线定理及其应用 题点 用已知向量表示未知向量 答案 D解析 ∵△DEF ∽△BEA , ∴DF AB =DE EB =13,∴DF =13AB , ∴AF →=AD →+DF →=AD →+13AB →.∵AC →=AB →+AD →=a ,BD →=AD →-AB →=b , 联立得AB →=12(a -b ),AD →=12(a +b ),∴AF →=12(a +b )+16(a -b )=23a +13b .二、填空题8.(a +9b -2c )+(b +2c )=________. 考点 向量的线性运算及应用 题点 向量的线性运算 答案 a +10b9.设向量a ,b 不平行,向量λa +b 与a +2b 平行,则实数λ=____________. 考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理求参数 答案 12解析 ∵向量a ,b 不平行,∴a +2b ≠0,又∵向量λa +b 与a +2b 平行,则存在唯一的实数μ, 使λa +b =μ(a +2b )成立,即λa +b =μa +2μb ,则⎩⎪⎨⎪⎧λ=μ,1=2μ,解得λ=μ=12.10.在▱ABCD 中,AB →=a ,AD →=b ,AN →=3NC →,M 为BC 的中点,则MN →=________.(用a ,b表示)考点 向量共线定理及其应用 题点 用已知向量表示未知向量 答案 14b -14a解析 如图,MN →=MB →+BA →+AN →=-12b -a +34AC →=-12b -a +34(a +b )=14b -14a .11.若非零向量a 与b 不共线,k a +2b 与3a +k b 共线,则实数k 的值为________. 考点 向量共线定理及其应用 题点 利用向量共线定理求参数 答案 ±6解析 ∵k a +2b 与3a +k b 共线, ∴存在实数λ,使得k a +2b =λ(3a +k b ), ∴(k -3λ)a +(2-λk )b =0, ∴(k -3λ)a =(λk -2)b .∵a 与b 不共线,∴⎩⎪⎨⎪⎧k -3λ=0,λk -2=0,∴k =±6.12.如图,在△ABC 中,延长CB 到D ,使BD =BC ,当点E 在线段AD 上移动时,若AE →=λAB→+μAC →,则t =λ-μ的最大值是________.考点 向量共线定理及其应用题点 向量共线定理在平面几何中的应用 答案 3解析 设AE →=kAD →,0≤k ≤1,则AE →=k (AC →+2CB →)=k [AC →+2(AB →-AC →)]=2kAB →-kAC →, ∵AE →=λAB →+μAC →,且AB →与AC →不共线,∴⎩⎪⎨⎪⎧λ=2k ,μ=-k ,∴t =λ-μ=3k .又0≤k ≤1,∴当k =1时,t 取最大值3. 故t =λ-μ的最大值为3. 三、解答题 13.计算:(1)6(3a -2b )+9(-2a +b );(2)12⎣⎡⎦⎤(3a +2b )-23a -b -76⎣⎡⎦⎤12a +37⎝⎛⎭⎫b +76a ; (3)6(a -b +c )-4(a -2b +c )-2(-2a +c ). 考点 向量的线性运算及应用 题点 向量的线性运算解 (1)原式=18a -12b -18a +9b =-3b . (2)原式=12⎝⎛⎭⎫3a -23a +2b -b -76⎝⎛⎭⎫12a +12a +37b=12⎝⎛⎭⎫73a +b -76⎝⎛⎭⎫a +37b =76a +12b -76a -12b =0. (3)原式=6a -6b +6c -4a +8b -4c +4a -2c =(6a -4a +4a )+(8b -6b )+(6c -4c -2c ) =6a +2b .14.在平行四边形ABCD 中,M ,N 分别是DC ,BC 的中点,已知AM →=c ,AN →=d ,试用c ,d 表示AB →和AD →.考点 向量的线性运算及应用 题点 用已知向量表示未知向量 解 如图,设AB →=a ,AD →=b . ∵M ,N 分别是DC ,BC 的中点,∴BN →=12b ,DM →=12a .∵在△ADM 和△ABN 中, ⎩⎪⎨⎪⎧AD →+DM →=AM →,AB →+BN →=AN →,即⎩⎨⎧ b +12a =c , ①a +12b =d . ②①×2-②,得b =23(2c -d ), ②×2-①,得a =23(2d -c ). ∴AB →=43d -23c ,AD →=43c -23d .15.已知在四边形ABCD 中,AB →=a +2b ,BC →=-4a -b ,CD →=-5a -3b ,求证:四边形ABCD为梯形.考点 向量共线定理及其应用题点 向量共线定理在平面几何中的应用证明 如图所示.→=AB→+BC→+CD→∵AD=(a+2b)+(-4a-b)+(-5a-3b)=-8a-2b=2(-4a-b),→=2BC→.∴AD→与BC→共线,且|AD→|=2|BC→|.∴AD又∵这两个向量所在的直线不重合,∴AD∥BC,且AD=2BC.∴四边形ABCD是以AD,BC为两条底边的梯形.。
向量公式汇总平面向量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0 AB-AC=CB. 即“共同起点,指向被减”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;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。
4、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∣。
数乘向量的运算律
数乘向量的运算律是线性代数中的基本概念之一,它描述了一个数与一个向量相乘的结果。
本文将从定义、性质和应用等方面对数乘向量的运算律进行详细介绍。
一、定义
数乘向量的运算律是指一个实数与一个向量相乘的运算法则。
设实数 k 和向量 v,k 与 v 的乘积表示为 kv,即:
kv = (k·v1, k·v2, …, k·vn)
其中,v1, v2, …, vn 是向量 v 的分量。
二、性质
1. 数乘向量的运算满足交换律,即 kv = vk。
2. 数乘向量的运算满足结合律,即 (ab)v = a(bv)。
3. 数乘向量的运算满足分配律,即 (a+b)v = av + bv。
4. 数乘向量的运算满足分配律,即 a(v+w) = av + aw。
5. 数乘向量的运算满足单位元律,即 1v = v。
6. 数乘向量的运算满足零元律,即 0v = 0。
三、应用
数乘向量的运算律在线性代数中有广泛的应用,下面介绍其中的几个应用:
1. 向量的线性组合
向量的线性组合是指将若干个向量按一定比例相加的结果。
例如,设向量 v1、v2、…、vn 和实数 k1、k2、…、kn,则它们的线性组
合可以表示为:
k1v1 + k2v2 + … + knvn
这里的 k1、k2、…、kn 称为系数,它们可以是任意实数。
根据数乘向量的运算律,可以将向量的线性组合写成下面的形式:
k1v1 + k2v2 + … + knvn = (k1v1, k2v2, …, knvn) 这种形式更加简洁明了,方便计算和理解。
2. 向量的投影
向量的投影是指将一个向量投影到另一个向量上的过程。
假设有两个非零向量 u 和 v,它们的夹角为θ,向量 u 在向量 v 上的投影为 p,则有:
p = |u|cosθ·(v/|v|)
其中,|u| 和 |v| 分别是向量 u 和向量 v 的模,cosθ是向量 u 和向量 v 的夹角的余弦值,v/|v| 是向量 v 的单位向量。
这个式子可以用数乘向量的运算律表示为:
p = (u·v/|v|2)·v
这个式子更加简洁明了,方便计算和理解。
3. 矩阵的乘法
矩阵的乘法是指将两个矩阵相乘的过程。
假设有两个矩阵 A 和B,它们的乘积为 C,则有:
Cij = Σk=1n Aik·Bkj
其中,n 是矩阵 A 和矩阵 B 的列数,Aik 和 Bkj 分别是矩阵 A 和矩阵 B 的第 i 行第 k 列元素和第 k 行第 j 列元素。
这个式子
可以用数乘向量的运算律表示为:
C = AB = (A·B1, A·B2, …, A·Bn)
其中,B1、B2、…、Bn 分别是矩阵 B 的列向量。
四、总结
数乘向量的运算律是线性代数中的基本概念之一,它描述了一个数与一个向量相乘的结果。
数乘向量的运算律有交换律、结合律、分配律、单位元律和零元律等性质,这些性质在向量的线性组合、向量的投影和矩阵的乘法等方面有广泛的应用。
熟练掌握数乘向量的运算律对于学习和应用线性代数具有重要意义。