复习引入:
新授: 1. 向量的概念
把既有大小、又有方向的量,叫做向量.记为向量a,b,c,...等,在书写时,则在小写西文字???符的上方加一个小箭头,例如a,b,c,...等.
如果向量的方向限于平面内,则叫做平面向量.
??? 向量的大小是一个非负数量,叫做向量的模.记为|a|,|b|,|c|,...或|a|,|b|,|c|,....
特别地,若一个向量的模为单位1,则叫做单位向量,单位向量常记作e.若一个向量的模为0,则叫做零向量,零向量总是记作0.零向量的长度为0,且规定零向量0的方向是可以任意确定的.
为了更直观的反映确定向量的大小、方向,我们又把向量 表示成如图7-2(1)上所示的带箭头的短线段,箭头的方向表示 了它所表示的向量的方向,而线段的长度则是它所表示的向量 的模(即大小).有时,为了突出短线段的起终点,会以字符标 出起终点(见图7-2(2)),此时可以以AB,CD,B1C1等表 示向量,而向量的模,也就对应地表示为|AB|,|CD|,|B1C1|.
A D 图7-2(2)
B1
B C C1
a b 图7-2(1)
c
由于我们所研究的向量只含有大小、方向两个要素,因此,即使当我们用带箭头的短线段表示向量时,与带箭头的短线段的起终点是没有关系的.为了突出这一点,有时又把向量记作自由向量.
例1 设矩形ABCD的边长为2和3,其所有的边及对角线,能构成多少向量?这些向量的模是多少?
课内练习1
1. 一个正六边形的所有边及中心到各顶点的连线,能构成多少向量?试写出全部所构成的向量;若正六边形的边长为1,求全部向量的模,并判断哪些向量是单位向量?
2. 向量的比较 (1)向量相等
任意两个数量a,b都可以比较,其关系不外乎相等(a=b)或不相等(a?b)两种,只要根据两个数的大小就可以下结论.因为向量不但有大小,而且有方向,所以比较两个向量a,b的相等与否,不但要比较它们的大小,还要比较它们的方向.当且仅当a,b的大小相等、方向相同时,才能说a,b相等,并表示成a=b;否则a, b就不相等(a?b).在例1中的相等向量有且仅有 AB=DC, BA=CD, BC=AD, CB=DA,
更仔细地说,不相等的两个数量还可以有大于、小于的关系,那么向量之间是否也能有大于、小于关系呢?因为大小、方向的整体组成向量,方向是不能比较大小的,因此向量本身之间也不能比较大小,即两个向量不能谈及孰大孰小.当然,向量的模是数量,因此向量的模是可以比较大小的.即使两个向量a,b有相同的方向,且|a|>|b|,我们仍然只能说向量a的模大于向量b的模,而不能说向量a大于向量b.
若a=b,则把表示a,b的箭头短线段的始点移到同一点时,它们必重合;反之把两条箭头短线段的始点移到同一点时重合,那么这两条短线段表示相等的向量或同一向量.
例2 物体从点A出发位移,第一次沿水平线位移到B,位移量为3;然后继续沿铅直方向向下位移到C,位移量为4.
(1)试以向量表示这二次位移,并在平面上作出这两个位移向量;
(2)在A的铅直下方4处标注点D,能否说第二次位移的位移向量是AD?为什么? (2)相反向量
对数量,若两个数a,b的绝对值相等但符号相反,则把a,b叫做一对相反数.对向量,若两个向量a,b的长度相等但方向相反,则这一对向量叫做相反向量,记作a=-b或-a=b.对调一个向量的始点和终点,即得到了它的相反向量,即AB=-BA.例如在例1所有的向量中,共有如下六对相反向量:
AB=-BA, BC=-CB, DC=-CD, DA=-AD, AC=-,CA, BD=-DB.
例3 对例2的问题,若记第一次位移向量为a,第二次位移向量为b,现继续作第三、四次位移,第三次位移是从C出发向左移动3到D,第四此则从D返回A.试以a,b表示第三、
四次位移.
(3)平行向量
若两个向量a,b的方向相同或相反,则把这一对向量叫做平行向量,也可以说向量a平行于向量b或向量b平行于向量a.
规定零向量平行于任意向量.
根据平行向量的方向特征,若向量a位于直线l上(即a的始终点都在l上),则只要平移a的平行向量b,b也必定能位于直线l上,因此又把平行向量叫做共线向量. 例4 找出一个梯形各边构成的全部向量及这些向量之间存在的关系.
课内练习2
1. 课内练习1的所有向量中,有哪些是相等向量?哪些是相反向量?
2. 作出一个梯形及其中线,可以构成多少向量?这些向量之间存在哪些关系?
F F1
3. 以F,F1都表,示方向向上、大小为10N的力,考察把F作用在 物体W的左上角和F1作用在物体W的右上角两种情况(如附图),物 体受力后的移动情况肯定不同,这与F=F1的结论矛盾吗?试作出合理 的解释.
? W 第3题图
? 复习引入:
新授:
(1)向量的加法运算 向量加法运算的法则.
向量a加向量b的结果a+b是按照下列法则生成的一个向量c:把b的始点移到a的终点后、从a的始点连到b的终点.记作 c=a+b.
与数量相加一样,把a叫做被加向量,b叫做加向量,c叫做和向量.
? 在a,b不平行的情况下,c是重合a,b的始 点、以a,b为邻边组成的平行四边形的对角线向量, 其指向与a,b同侧(平行四边形法则,见图9-9(1)); 也是是以a的终点作为b的始点所组成的三角形的 第三边向量(三角形法则,见图9-9(2)).对于三角形 法则我们可以归纳为:首尾相连首尾连. 例4 用两种方法作出图9-10(1)中向量a,b 的和向量c.
解 (1)按平行四边形法则,把的始 点移到同一点构成一个以为相邻边的平 行四边形,对角线向量即为和向量c. (见图9-10(2))
(2)移b的始点到a的终点,从a的
始点连向b的终点的向量即为和向量c(见图9-10(3)). 例5 (1)若b=-a,求c=a+b; (2)若a,b平行,求c=a+b. 例6 已知向量a,b, c, d如图9- 12,求f=a+b+c+d.
解 逐次应用向量加法的法则—— 移加向量的始点到被加向量的终点,从
a b
b
a 图9-12
c
f
d
b
b
c a
? 图9-10(2)
b
c
? a
? a ? 图9-9(1)
c b ? a ? 图9-9(2)
? b c 图9-10(1)
图9-10(3)
c d
被加向量的始点连向加向量的终点,得 到和向量f如图9-12所示,其中虚线表 示的向量,从左向右依次是a+b, a+b+c. 课内练习3
1. 请举一个向量相加的实际问题.
2. 向量相加的平行四边形法则和三角形法则能适用于怎样的情况?
3. a+(-a)=0,因此|a|+|-a|=0,这个结论正确吗?一般地,c=a+b,因此|c|=|a|+|b|,这个结论正确吗?由此可以对向量相加与向量的模相加作出怎样的结论? A 4. 矩形ABCD如图,试求
AB+BC,BC+AB,BA+BC,BA+CB 得到的和向量之间有哪些关系? 5. 矩形ABCD如第4题,求
(AB+BC)+CD,AB+(BC+CD),AB+BC+DC,BA+BC+DA. 得到的和向量之间有哪些关系?
数量加法运算满足交换律(a+b=b+a)、结合律(a+b+c=(a+b)+c=a+(b+c)),向量的加法运算同样满足交换律和结合律
a+b=b+a, a+b+c=(a+b)+c=a+(b+c), (2)向量的减法运算
如同数量a,b相减a-b,是被加数a与加数b的相反数-b相加一样,所谓向量a,b相减a-b,实际上是向量a与向量b的相反向量-b相加,即a+(-b).应用向量加法法则,可以得出向量减a -b
法运算的法则.图9-
-b 13(1)中是已知向量a,b;图9-13(2) 显示了a+(-b);图9-13(2)显示了 a-b的直接运算法则,法则的文字 表述是:a-b的结果是一个向量c,
把a,b的始点移到同一点,从b的终点连向a的终点的向量就是c(三角形法则) 对于三角形法则我们可以归纳为:首同尾连,剪头指向被减.
a b
c
a
a c b 图9-13(3)
D
第4题图
C B
图9-13(2)
图9-13(1)