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2.1向量及其线性运算
第二章 向量与向量空间 2.1.1 向量的概念 2.1.2 向量的线性运算 解 原结论成立. 解 设P点坐标为 所求点为 解 所求向量有两个,一个与 同向,一个反向 * 2.1.2 向量的线性运算 2.1.3 空间直角坐标系 2.1.4 利用坐标作向量的线性运算 2.1.5 向量的模与方向余弦 2.1.1 向量的概念 定义2.1.1 既有大小又有方向的量称为向量. 向量表示: | | 向量的模: 向量的大小.记作 或 或 自由向量: 不考虑起点位置的向量. 定义2.1.2 定义2.1.3 如果两个向量 大小相等且方向相同,则称它们为相等的向量,记作 . 如果两个向量 大小相等且方向相反,则称 为 的反向量,记作 . 每个方向都有一个单位向量,若空间所有单位向量都以点O为起点,则这些向量的终点就构成一个以O点为球心半径为1的球面。 定义2.1.5 长度为1的向量叫做单位向量。 零向量实质上是起点与终点重合的向量,它的方向是不确定的,也可以说它的方向是任意的,可根据需要来选取它的方向. 定义2.1.4 长度为0的向量称为零向量,记作 向量 的单位向量记作 定义2.1.6 两个非零向量如果它们的方向相同或者相反,就称这两个向量平行. 向量 平行, 记作 零向量与任何向量都平行。 当两个平行向量的起点放在同一点时,它们的终点和公共起点应在一条直线上,因此,两向量平行又称两向量共线。 定义2.1.7 设有K(K=3,4,…)个向量,当把它们的起点放在同一点时,如果K个终点和公共起点在一个平面上,就称这K个向量共面。 [1] 加法: (平行四边形法则) 特殊地:若 ‖ 分为同向和反向 (平行四边形法则有时也称为三角形法则) 向量的加法符合下列运算规律: (1)交换律: (2)结合律: (3) 推广:多个向量的和可以用三角形法则以折线一次画出(多边形法则)。 O [2] 减法 综上所述,有 [3]数乘向量 另一种定义形式见P39定义2.1.11 数与向量的乘积符合下列运算规律: (1)结合律: (2)分配律: 两个向量的平行关系(P40) 证 充分性显然; 必要性 ‖ 两式相减,得 按照向量与数的乘积的规定, 上式表明:一个非零向量除以它的模的结果是一个与原向量同方向的单位向量. 例1 化简 解 例2 试用向量方法证明:对角线互相平分的四边形必是平行四边形. 证 与 平行且相等, 结论得证. 例2 用向量证明:如果点 是 的重心,AD是BC边上的中线,则 提示:利用封闭性找等量关系. ABC D 例3 已知平行四边形ABCD的对角线 试用 表示平行四边形四边上对应的向量. 解答 2.1.3 空间直角坐标系 一.空间直角坐标系的定义 定义2.1.13 在空间取定一点O和三个两两垂直的单位向量 ,就确定了三条都以O点为原点的两两垂直的数轴,依次记为 轴(横轴), 轴(纵轴), 轴(竖轴),统称为坐标轴。它们构成一个空间直角坐标系,称为Oxyz坐标系或[O,i,j,k] 坐标系。通常把 轴配置在水平面上,而 轴则是铅垂线;它们的正向 通常符合右手规则: 横轴 纵轴 竖轴 定点 空间直角坐标系 三个坐标轴的正方向符合右手系. 横轴 纵轴 竖轴 定点 空间直角坐标系 Ⅶ 面 面 面 空间直角坐标系共有八个卦限 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅷ 空间的点 有序数组 特殊点的表示: 坐标轴上的点 坐标面上的点 例4 在空间直角坐标系中,指出下列各点在哪个卦限? 解答: A:Ⅳ; B:Ⅴ; C:Ⅷ; D:Ⅲ; 二.向量 的坐标分解式 任给向量 ,对应点M,使 以OM为对角线,三条坐标轴为棱作长方体OPAQ——RCMB, 有: 空间任给两个点M1 ,M2的坐标,则空间向量M1M2的坐标形式为 2.1.4 利用坐标作向量的线性运算 则 解 设 为直线上的点, 由题意知: 2.1.5 向量的模与方向余弦 空间两点间距离公式
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