第七章第1节向量极其线性运算2.ppt课件

1、1向量及其线性运算向量及其线性运算第一节第一节一、空间直角坐标系一、空间直角坐标系二、向量及其运算二、向量及其运算三、向量的坐标三、向量的坐标四、小结四、小结21 1、空间点的直角坐标、空间点的直角坐标平面直角坐标系平面直角坐标系xyoP),(yxxyP点点),(yx图形图形方程方程.面面几几何何问问题题可可以以用用代代数数方方法法解解决决平平:问题问题?数数方方法法解解决决空空间间几几何何问问题题能能否否用用代代一、空间直角坐标系一、空间直角坐标系3x横轴横轴y纵轴纵轴z竖轴竖轴 定点定点o空间直角坐标系空间直角坐标系 三个坐标轴的正方向三个坐标轴的正方向符合右手系符合右手系.即即以以右右手

2、手握握住住z轴轴，当当右右手手的的四四个个手手指指从从正正向向x轴轴以以2 角角 度度转转向向正正向向y轴轴时时，大大拇拇指指的的指指向向就就是是z轴轴的的正正向向. 几个基本概念几个基本概念空间直角坐标系空间直角坐标系) 1 (4xyozxoy面面yoz面面zox面面空间直角坐标系共有八个卦限空间直角坐标系共有八个卦限坐标面及卦限坐标面及卦限)2(5坐标坐标)3(,P对于空间点对于空间点xyzoP与与三三坐坐标标轴轴交交于于轴轴的的平平面面点点作作垂垂直直于于三三个个坐坐标标过过,P,点点zyxxzy),(zyxP11,),(点的坐标点的坐标为为称称Pzyx,为为横横坐坐标标x,为为纵纵坐坐

3、标标y.为为竖竖坐坐标标z显显然然),0 , 0 , 0(O)0 , 0 ,(xAAB),0 , 0(yBC)., 0 , 0(zC62 2、空间两点间的距离、空间两点间的距离到原点的距离到原点的距离点点),() 1 (zyxPxyzo),(zyxPABCQ222QPOQOp222zOCQP而而222AQOAOQ22OBx 22yx ,2222zyxOP222zyxOP即即7设设),(1111zyxM、),(2222zyxM为为空空间间两两点点xyzo 1MPNQR 2M?21 MMd在在直直角角21NMM 及及 直直 角角PNM1 中中，使使用用勾勾股股定定理理知知22212NMNMd(2)

4、(2)、空间两点间的距离、空间两点间的距离,22221NMPNPM8,121xxPM,12yyPN ,122zzNM ，故故22221NMPNPMd .21221221221zzyyxxMM 空间两点间距离公式空间两点间距离公式特殊地：若两点分别为特殊地：若两点分别为,),(zyxM)0 , 0 , 0(OOMd .222zyx xyzo 1MPNQR 2M9例例 1 1 求证以求证以)1 , 3 , 4(1M、)2 , 1 , 7(2M、)3 , 2 , 5(3M三点为顶点的三角形是一个等腰三角形三点为顶点的三角形是一个等腰三角形.解解 221MM,14)12()31()47(222 232

5、MM, 6)23()12()75(222 213MM, 6)31()23()54(222 32MM故故,13MM原结论成立原结论成立.10向量：向量：既有大小又有方向的量既有大小又有方向的量. .向量表示：向量表示：以以1M为为起起点点，2M为为终终点点的的有有向向线线段段.1M2M a21MM模为模为1 1的向量的向量. .21MM00a零向量：零向量：模为模为0 0的向量的向量. .0|a21MM| |向量的模：向量的模：向量的大小向量的大小. .单位向量：单位向量：1 1、向量的概念、向量的概念或或或或或或二、向量及其运算二、向量及其运算11自由向量：自由向量：不考虑起点位置的向量不考虑

6、起点位置的向量. .相等向量：相等向量：大小相等且方向相同的向量大小相等且方向相同的向量. .负向量：负向量：大小相等但方向相反的向量大小相等但方向相反的向量. .a 向径：向径：aba a空间直角坐标系中任一点空间直角坐标系中任一点 与原点与原点构成的向量构成的向量. . OMM121 加法：加法：cba abc平行四边形法则平行四边形法则特殊地：假设特殊地：假设a babc|bac 分为同向和反向分为同向和反向bac|bac 三角形法则三角形法则2 2、向量的加减法、向量的加减法bac13向量的加法符合下列运算规律：向量的加法符合下列运算规律：（1 1交换律：交换律：.abba （2 2结

7、合律：结合律：cbacba )().(cba （3）. 0)( aa2 减法减法)( baba abcbabac )(ba ba ab14设设 是是一一个个数数，向向量量 a与与 的的乘乘积积 a 规规定定为为 , 0)1( a 与与a同同向向，|aa , 0)2( 0 a , 0)3( a 与与a反反向向，|aa aa2a21 3 3、向量与数的乘法、向量与数的乘法15数与向量的乘积符合下列运算规律：数与向量的乘积符合下列运算规律：（1 1结合律：结合律：)()(aa a)( （2 2分配律：分配律：aaa )(baba )(.ababa ，使，使一的实数一的实数分必要条件是：存在唯分必要条

8、件是：存在唯的充的充平行于平行于，那末向量，那末向量设向量设向量定理定理0两个向量的共线两个向量的共线(平行平行)关系关系16同方向的单位向量，同方向的单位向量，表示与非零向量表示与非零向量设设aa0按照向量与数的乘积的规定，按照向量与数的乘积的规定，0|aa a .|0aaa 上式表明：一个非零向量除以它的模的结果是上式表明：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一个与原向量同方向的单位向量.17例例 2 2 化化简简53215abbba解解53215abbbaba551251)31 (.252ba18例例 3 3 试用向量方法证明：对角线互相平分试用向量方法证明：对角线

9、互相平分的四边形必是平行四边形的四边形必是平行四边形. .证证AMMC BMMD AD AM MDMC BMBC AD与与 平行且相等平行且相等,BC结论得证结论得证.ABCDM191 1、向量在轴上的投影与投影定理、向量在轴上的投影与投影定理.上的有向线段上的有向线段是轴是轴，设有一轴设有一轴uABuuAB.ABABABuuABuABAB ，即，即的值，记作的值，记作上有向线段上有向线段叫做轴叫做轴那末数那末数是负的，是负的，轴反向时轴反向时与与是正的，当是正的，当向时向时轴同轴同与与，且当，且当满足满足如果数如果数三、向量的坐标三、向量的坐标20ouAB1轴轴同同方方向向的的单单位位向向量

10、量，是是与与设设ue.)(eABAB 的相互位置如何，的相互位置如何，三点三点轴上任意三点，不论这轴上任意三点，不论这是是设设uCBA,eBCeABeAC)()()( 即即,)(eBCAB .BCABAC所所以以e,BCABAC因因为为21证证,1uOA ,1euOA 故故eueu12 .)(12euu ouAB1e1u2u,2euOB 同理，同理，OAOBAB 于是于是22空间两向量的夹角的概念：空间两向量的夹角的概念：, 0 a, 0 bab 向向量量a与与向向量量b的的夹夹角角),(ba ),(ab 类似地，可定义向量与一轴或空间两轴的夹角类似地，可定义向量与一轴或空间两轴的夹角.特殊地

11、，当两个向量中有一个零向量时，规定特殊地，当两个向量中有一个零向量时，规定它们的夹角可在它们的夹角可在0与与 之间任意取值之间任意取值. 0() 23空间一点在轴上的投影空间一点在轴上的投影u AA 过过点点A作作轴轴 u的的垂垂直直平平面面，交交点点A 即即为为点点A在在轴轴 u上上的的投投影影. 24空间一向量在轴上的投影空间一向量在轴上的投影uAA BB 已知向量的起点已知向量的起点A和终点和终点B在在轴轴u上的投影分别为上的投影分别为BA ,那那么轴么轴u上的有向线段上的有向线段BA 的的值，称为向量在轴值，称为向量在轴u上的投影上的投影.25ABjuPr.BA 向向量量AB在在轴轴u

12、上上的的投投影影记记为为关于向量的投影定理关于向量的投影定理1 1） 向向量量AB在在轴轴u上上的的投投影影等等于于向向量量的的模模乘乘以以轴轴与与向向量量的的夹夹角角的的余余弦弦：ABjuPr cos| AB 证证uABA B B ABjuPrABju Pr cos| AB u 26定理定理1 1的说明：的说明：投影为正；投影为正；投影为负；投影为负；投影为零；投影为零；uabc(4) 相等向量在同一轴上投影相等；相等向量在同一轴上投影相等； 0)1(,2 2)2(, )3(,2 27关于向量的投影定理关于向量的投影定理2 2）两两个个向向量量的的和和在在轴轴上上的的投投影影等等于于两两个个

13、向向量量在在该该轴轴上上的的投投影影之之和和. .PrPr)(Pr2121ajajaajuuuAA BB CC （可推广到有限多个）（可推广到有限多个）u1a2a282 2、向量的坐标表达式、向量的坐标表达式标标表表达达式式、起起点点在在原原点点向向量量的的坐坐) 1 (xyzo基本单位向量基本单位向量ikijk),(,zyxPa终终点点为为为为起起点点在在原原点点设设向向量量a),(zyxPjABCAO, i xBOj yCOkzQQAAOQOBOi xj yi xPOaPQQOCOQOkzj yi x29的向量的向量故起点在原点终点为故起点在原点终点为),(zyxPOPa 坐标表达式坐标表

14、达式kzj yi xa也可记为也可记为,zyxa 其其中中,在在三三坐坐标标轴轴上上的的投投影影为为azyx,的的坐坐标标称称为为akzj yi x,.在在三三轴轴上上的的分分向向量量称称为为a显然显然,0 , 0 , 0O,0 , 0 , 1i,0 , 1 , 0j.1 , 0 , 0k30任一向量的坐标表达式任一向量的坐标表达式)2(,),(为为起起点点是是以以设设111zyxABAa为终点的向量为终点的向量以以),(222zyxBxyzoABaABa OAOB)(kzjyix222)(kzjyix111kzzjyyixx)()()(121212,121212zzyyxxa即即31(3)、

15、向量运算的坐标表达式、向量运算的坐标表达式,zyxaaaa ,zyxbbbb ,zzyyxxbabababa ,zzyyxxbabababa ,zyxaaaa ;)()()(kbajbaibazzyyxx ;)()()(kbajbaibazzyyxx .)()()(kajaiazyx 325例例,4 , 5 , 1,3 , 2, 1ba已已知知.32ba求求解解 ba324 , 5 , 133 , 2, 1212,15, 36 , 4, 2.6,19, 133非零向量非零向量 的方向角：的方向角：a非零向量与三条坐标轴的正向的夹角称为方向角非零向量与三条坐标轴的正向的夹角称为方向角. . 、

16、、 ,0 ,0 .0 xyzo 1M 2M 3.3.向量的模与方向余弦的坐标表示式向量的模与方向余弦的坐标表示式34xyzo 1M 2M 由图分析可知由图分析可知 cos|aax cos|aay cos|aaz 向量的方向余弦向量的方向余弦方向余弦通常用来表示向量的方向方向余弦通常用来表示向量的方向. .222|zyxaaaa PQR向量模长的坐标表示式向量模长的坐标表示式21212121RMQMPMMM ,21zyxaaaaMM设设350222 zyxaaa当当 时，时，,cos222zyxxxaaaaaa ,cos222zyxyyaaaaaa .cos222zyxzzaaaaaa 向量方向

17、余弦的坐标表示式向量方向余弦的坐标表示式361coscoscos222 方向余弦的特征方向余弦的特征0a|aa .cos,cos,cos 特殊地：单位向量的方向余弦为特殊地：单位向量的方向余弦为37解解 所求向量有两个，一个与所求向量有两个，一个与 同向，一个反向同向，一个反向a222)6(76|a,11 |aa ,116117116kji 或或0a|aa .116117116kji 0a38对角线的长为对角线的长为|,|,|nmnm ,1 , 1, 1 nm1, 3 , 1 nm|3,mn 故故|11,mn 平行四边形的对角线的长度各为平行四边形的对角线的长度各为11, 3.mn 设设jim ，kjn 2，求以向量，求以向量nm,为边的平行四边形的对角线的长度为边的平行四边形的对角线的长度. 例7例7解解39空间直角坐标系空间直角坐标系 空间两点间距离公式空间两点间距离公式（注意它与平面直角坐标系的区别）（注意它与平面直角坐标系的区别）（轴、面、卦限）（轴、面、卦限）四、小结四、小结 21221