一、平面向量基礎(chǔ)
向量的概念
定義:既有大小又有方向的量叫做向量。例如,物理中的力就是向量,它有大小(力的大小)和方向(力的作用方向)。向量可以用有向線段來(lái)表示,有向線段的長(zhǎng)度表示向量的大小,箭頭所指的方向表示向量的方向。
向量的表示:通常用小寫(xiě)字母、、等表示向量,也可以用有向線段的起點(diǎn)和終點(diǎn)字母來(lái)表示,比如,其中是起點(diǎn),是終點(diǎn)。
零向量:長(zhǎng)度為的向量叫做零向量,記作,零向量的方向是任意的。
單位向量:長(zhǎng)度等于個(gè)單位長(zhǎng)度的向量叫做單位向量。對(duì)于任意非零向量,與它同方向的單位向量是。
向量的運(yùn)算
加法運(yùn)算
三角形法則:已知非零向量、,在平面內(nèi)任取一點(diǎn),作,,則向量叫做與的和,記作,即。
平行四邊形法則:以同一點(diǎn)為起點(diǎn)的兩個(gè)已知向量、為鄰邊作平行四邊形,則以為起點(diǎn)的對(duì)角線就是與的和。
減法運(yùn)算:向量與的差定義為。可以通過(guò)三角形法則來(lái)計(jì)算,例如,,那么。
數(shù)乘運(yùn)算:實(shí)數(shù)與向量的乘積是一個(gè)向量,記作。當(dāng)時(shí),與方向相同;當(dāng)時(shí),與方向相反;當(dāng)時(shí),,且。
向量的坐標(biāo)表示
在平面直角坐標(biāo)系中,分別取與軸、軸方向相同的兩個(gè)單位向量、作為基底。對(duì)于平面內(nèi)的一個(gè)向量,有且只有一對(duì)實(shí)數(shù)、,使得,有序數(shù)對(duì)叫做向量的坐標(biāo),記作。
若,,則,,。
向量的數(shù)量積
定義:已知兩個(gè)非零向量和,它們的夾角為,則把數(shù)量叫做向量與的數(shù)量積(或內(nèi)積),記作,即。當(dāng)或?yàn)榱阆蛄繒r(shí),。
幾何意義:等于的長(zhǎng)度與在方向上的投影的乘積。
運(yùn)算律:=\vec{a}\cdot\vec{b}+\vec{a}\cdot\vec{c}),。
坐標(biāo)運(yùn)算:若,,則。
二、平面向量提高
向量共線與垂直的條件
共線條件:向量與向量共線的充要條件是。從幾何角度看,兩個(gè)向量共線意味著它們的方向相同或相反。例如,若,則與共線。
垂直條件:向量與向量垂直的充要條件是,即。在平面直角坐標(biāo)系中,若向量,,因?yàn)椋浴?/p>
向量在幾何中的應(yīng)用
證明幾何問(wèn)題:例如證明平行四邊形的對(duì)角線互相平分。設(shè)平行四邊形,,,則,。設(shè)與交點(diǎn)為,根據(jù)向量關(guān)系可以證明,。
求解幾何中的長(zhǎng)度和角度問(wèn)題:利用向量的數(shù)量積可以求夾角。若已知向量和,則。對(duì)于求長(zhǎng)度,(若)。
平面向量與其他數(shù)學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用
與三角函數(shù)的綜合:例如已知向量,,則,這種關(guān)系在三角函數(shù)的化簡(jiǎn)和求值中有廣泛應(yīng)用。
與解析幾何的綜合:在直線的方向向量等概念中有體現(xiàn)。若直線的斜率為,它的一個(gè)方向向量可以表示為,利用向量可以方便地研究直線的平行、垂直等關(guān)系。