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向量的概念

这是一节概念课,要求精准掌握与向量相关的的概念.

向量的概念

我们把既有大小又有方向的量叫做向量.

我们所学的向量是自由向量,即只有大小和方向,而无特定的位置,这样的向量可以作任意平移.

只有大小没有方向的量称为数量,如长度,面积,体积,年龄,身高,质量等.

注意:

(1)向量与数量的区别:向量有方向,而数量没有方向;数量与数量之间可以比较大小,而向量与向量之间不能比较大小.

(2)向量与矢量:数学中的向量是从物理中的矢量(如位移,力,加速度,速度等)中抽象出来的,但在这里我们仅考虑它的大小及方向;而物理中的这些量,既同时具备大小和方向这两个属性,还具有其他属性(如"力"就是由大小,方向,作用点所决定的).

给出下列物理量:

(1)质量;(2)速度;(3)位移;(4)力;(5)加速度;(6)路程;(7)密度;(8)功;(9)时间.

其中不是向量的有

$(A)$ 3 个

$(B)$ 4 个

$(C)$ 5 个

$(D)$ 6 个

(1)质量,(6)路程,(7)密度, (8)功,(9)时间只有大小,没有方向,故不是向量,其余均为向量,故共有 5 个不是向量.故选 $C$.

向量的表示

1.有向线段

我们把具有方向的线段叫做有向线段,它有三个要素:起点、方向、长度.

如图所示,向量可以用有向线段 $\overrightarrow{A B}$来表示 ,记作向量$\overrightarrow{A B}$.有向线段$\overrightarrow{A B}$的长度表示向量的大小,有向线段的方向表示向量的方向.

2.向量也可以用字母$\boldsymbol{a}$ ,$\boldsymbol{b}$,$\boldsymbol{c} \cdots$表示,印刷用黑体$\boldsymbol{a}$ ,书写用$\vec{a}$.

向量与有向线段的区别与联系

区别:(1)从定义上看,向量有大小和方向两个要素,而有向线段有起点,方向,长度三个要素。因此这是两个不同的量.(2)在平面内,向量可以自由平移,而有向线段是固定的.

联系:向量可以用有向线段来表示,但向量不是有向线段,也不能说有向线段是向量.

向量的模

向量 $\overrightarrow{A B}$ 的大小称为向量 $\overrightarrow{A B}$ 的长度(或称模),记作 $|\overrightarrow{A B}|$.

任意向量的模都是非负数,所以向量的模可以比较大小.

零向量:长度为 0 的向量叫做零向量,记作 $\mathbf{0}$.

单位向量:长度等于 1 个单位长度的向量,叫做单位向量.

(1)零向量的方向是任意的.

(2)若用有向线段表示零向量,则其终点与起点重合.

(3)要注意 0 与 $\mathbf{0}$ 的区别与联系: 0 是一个实数, $\mathbf{0}$ 是一个向量,且有 $|\mathbf{0}|=0$ ;书写时 $\overrightarrow{0}$ 表示零向量,一定不能漏掉 0 上的箭头.

(4)单位向量有无数个,它们大小相等,但方向不一定相同.

(5)在平面内,将表示所有单位向量的有向线段的起点平移到同一点,则它们的终点构成一个半径为 1 的圆.

相等向量与共线向量

1.平行向量

方向相同或相反的非零向量叫做平行向量. 向量 $ \boldsymbol{a} $ 与$\boldsymbol{b}$ 平行,记作$\boldsymbol{a} / / \boldsymbol{b} $.

规定:零向量与任意向量平行, 即对于任意向量$\boldsymbol{a} $都有$ \mathbf{0} / / \boldsymbol{a}$.

由于向量的可平移性知:任意的两个平行向量都可以平移到同一条直线上,因此平行向量也叫共线向量

2.相等向量

长度相等且方向相同的向量叫做相等向量

【例题1】已知向量 $\boldsymbol{a}, \boldsymbol{b}, \boldsymbol{c}$ 满足 $\boldsymbol{a} / / \boldsymbol{b}, \boldsymbol{b} / / \boldsymbol{c}$ ,则 $\boldsymbol{a}$ 与 $\boldsymbol{c}$ 一定平行吗?

【错解】一定平行.

因为 $\boldsymbol{a} / / \boldsymbol{b}$ ,所以向量 $\boldsymbol{a}$ 与向量 $\boldsymbol{b}$ 具有相同或相反方向,又因为 $\boldsymbol{b} / / \boldsymbol{c}$ ,所以向量 $\boldsymbol{b}$ 与向量 $\boldsymbol{c}$ 具有相同或相反方向.所以向量 $\boldsymbol{a}$ 与向量 $\boldsymbol{c}$ 具有相同或相反方向,故 $\boldsymbol{a} / / \boldsymbol{c}$ .

【正解】分两种情况说明:

(1)当向量 $\boldsymbol{b}=\mathbf{0}$ ,向量 $\boldsymbol{a}$ 与向量 $\boldsymbol{c}$ 均为非零向量时,不能保证 $\boldsymbol{a} / / \boldsymbol{c}$ .

(2)当向量 $\boldsymbol{b} \neq \mathbf{0}$ 时,若向量 $\boldsymbol{a}, \boldsymbol{c}$ 中有一个为 $\mathbf{0}$ 或两者都为 $\mathbf{0}$ ,则一定有 $\boldsymbol{a} / / \boldsymbol{c}$ ;若向量 $\boldsymbol{a}, \boldsymbol{c}$ 均不为 $\mathbf{0}$ ,因为 $\boldsymbol{a} / / \boldsymbol{b}$ ,所以向量 $\boldsymbol{a}$ 与向量 $\boldsymbol{b}$具有相同或相反方向.

又因为 $\boldsymbol{b} / / \boldsymbol{c}$ ,所以向量 $\boldsymbol{c}$ 与向量 $\boldsymbol{b}$ 具有相同或相反方向.

所以向量 $\boldsymbol{a}$ 与向量 $\boldsymbol{c}$ 具有相同或相反方向,故 $\boldsymbol{a} / / \boldsymbol{c}$ .

综上所述,当向量 $\boldsymbol{b} \neq \mathbf{0}$ 时,向量 $\boldsymbol{a}$ 与 $\boldsymbol{c}$ 平行;当向量 $b=\mathbf{0}$ 时,向量 $\boldsymbol{a}$ 与 $\boldsymbol{c}$ 不一定平行.

求解向量问题时,要注意题目中的向量能否为零向量.零向量是特殊的向量,方向是任意的,且与任意向量平行.因此,向量平行是不具有传递性的

【例题2】判断下列结论是否正确.

(1)若向量$\boldsymbol{a}$ 与向量 $\boldsymbol{b}$都是单位向量,则$\boldsymbol{a}=\boldsymbol{b}$.

(2)直角坐标平面上的$x$轴,$y$轴都是向量.

(3)海拔、温度、角度都不是向量.

(4)若两个向量相等,则它们的起点相同,终点相同.

(5)若 $\vec{a}$ 和 $\vec{b}$ 都是单位向量,则 $\vec{a}=\vec{b}$.

(6)若 $\vec{a}$ 与 $\vec{b}$ 同向,且 $|\vec{a}|>|\vec{b}|$ ,则 $\vec{a}>\vec{b}$.

(7)若 $A, B, C, D$ 是不共线的四点,且 $\overrightarrow{A B}=\overrightarrow{D C}$ ,则四边形 $A B C D$ 为平行四边形.

(3)(7)正确,其余错误.

【例题3】如图,在矩形$ABCD$中,$AB=2BC=1$,$M$,$N$分别为边$AB$,$CD$的中点,在以$A$,$B$,$C$,$D$,$M$,$N$为起点和终点的所有有向线段表示的向量中,相等的向量共有多少对?

可以先按照长度分类:

1.长度为1的:

和$\overrightarrow{AM}$同向的有6对;和$\overrightarrow{AM}$反向的有6对,

和$\overrightarrow{AD}$同向的有3对,和$\overrightarrow{AD}$反向的有3对,

2.长度为$\sqrt{2}$的:

和$\overrightarrow{AN}$同向的有1对,和$\overrightarrow{AN}$反向的有1对,

和$\overrightarrow{DM}$同向的有1对,和$\overrightarrow{DM}$反向的有1对,

3.长度为2的:

和$\overrightarrow{AB}$同向的有1对,和$\overrightarrow{AB}$反向的有1对.

综上所述共24对.

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