高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算课件

1、高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算数量关系数量关系 第八章第一部分第一部分 向量代数向量代数第二部分第二部分 空间解析几何空间解析几何 在三维空间中: 点点, , 线线, , 面面基本方法基本方法 坐标法坐标法; ; 向量法向量法坐标坐标, , 方程（组）方程（组）空间解析几何与向量代数 目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算四、利用坐标作向量的线性运算四、利用坐标作向量的线性运算 第一节一、向量的概念一、向量的概念二、向量的线性运算二、向量的线性运算 三、空间直角坐标系三、空间直角坐标系五、向量的模、方向角、投影五、向量的模、方向角、投影 向量及其线

2、性运算 第八八章 目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算(2)向量的模 :12,M M一、向量的概念一、向量的概念(1) 向量:1M2M既有大小, 又有方向的量:(3)自由向量:与起点无关的向量;(4)单位向量:(5)零向量:M1 M2 ,或 a ;a或记作 e 或e ;.00或，记作(6)向量的相等:大小相等, 方向相同;目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算（规定: 零向量与任何向量平行.）可平移到同一直线上; (9)向量的共线：记作a ;(7)向量的平行： 方向相同或相反;(8)向量的负向量： 模相同, 但方向相反，(1

3、0)向量的共面：可平移到同一平面上。注：(9)(10)中的平移，指将起点放在同一点上，终点与公共起点在一条直线或同一平面上。目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算二、向量的线性运算二、向量的线性运算1. 向量的加法向量的加法三角形法则:平行四边形法则:运算规律 : 交换律结合律三角形法则可推广到多个向量相加 .bbabbacba )()(cbacbaabcba cb)(cbacba )(aaba ba cba目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算s3a4a5a2a1a54321aaaaas目录 上页 下页 返回 结束 高等数学

4、(高等教育出版社)D81向量及运算2. 向量的减法向量的减法三角不等式ab)( ab有时特别当,ab aa)( aababaabababa0baba目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算3. 向量与数的乘法向量与数的乘法规定 :时，0,0时,0时总之:运算律 : 结合律分配律因此，同向与aa 与 a 的乘积是一个新向量, 记作.a，反向与aa.0aaa)(aa)(aa)( aaba)(ba, 0a若ae则有单位向量.1aaaeaa 定理定理1. 设 a 为非零向量 , 则( 为唯一实数)abab目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量

5、及运算例例1. 设 M 为MBACD解解:ABCD 对角线的交点,ba,aAB ,bDAACMC2MA2BDMD2MB2.,MDMCMBMAba表示与试用baab)(21baMA)(21abMB)(21baMC)(21abMD目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算xyz三、空间直角坐标系三、空间直角坐标系由三条互相垂直的数轴按右手规则组成一个空间直角坐标系. 坐标原点 坐标轴x轴(横轴)y轴(纵轴)z 轴(竖轴)过空间一定点 O , 坐标面 卦限(八个)1. 空间直角坐标系的基本概念空间直角坐标系的基本概念O面xOy面yOzzOx面目录 上页 下页 返回 结束

6、 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算在直角坐标系下xyz向径 11坐标轴上的点 P, Q , R ;坐标面上的点 A , B , C点点 M特殊点的坐标 :有序数组),(zyx 11)0 , 0 ,(xP)0 , 0(yQ), 0 , 0(zR), 0(zyB(称为点 M 的坐标坐标)原点 O(0,0,0) ;rOr)0 ,(yxAM), 0 ,(zxC目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算坐标轴 : 轴x00zy00 xz轴y轴z00yx坐标面 :面yox0 z面zoy0 x面xoz0 yxyzO目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社

7、)D81向量及运算2. 向量的坐标表示向量的坐标表示在空间直角坐标系下,设点 M , ),(zyxM则沿三个坐标轴方向的分向量分向量,),(zyxxOyzMNBCA,轴上的单位向量分别表示以zyxkji的坐标为此式称为向量 r 的坐标分解式坐标分解式 ,任意向量 r 可用向径 OM 表示.NMONOMOCOBOA记记 , ixOA , jyOB rkzjyix称为向量,kzOC kzjyixrikjr.,的坐标称为向量 rzyx目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算四、利用坐标作向量的线性运算四、利用坐标作向量的线性运算则),(zzyyxxbababa),(z

8、yxaaaxxabyyabzzabxxabyyabzzab平行向量对应坐标成比例:，为实数设),(zyxaaaa , ),(zyxbbbb baa,0 时当aab ab目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算例例2. 求解以向量为未知元的线性方程组解解: 2 3 , 得)10, 1,7(代入得)16,2,11(ayx35byx23.211,212），（），（其中babax32)3(21bxy目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算例例3. 已知两点在AB所在直线上求一点 M , 使解解: 设 M 的坐标为, ),(zyx如图所示A

9、BMo11AB, ),(111zyxA),(222zyxB及实数, 1得),(zyx11),(212121zzyyxx即.MBAMAMMBAMOAOM MBOMOBAOOM )(OMOBOMOBOA(M目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算说明说明: 由得定比分点公式定比分点公式:,121xx,121yy121zz,1时当点 M 为 AB 的中点 ,于是得x,221xx y,221yy z221zz ),(zyx11),(212121zzyyxxxyz中点公式中点公式:ABMoABM目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算五、向

10、量的模、方向角、投影五、向量的模、方向角、投影 1. 向量的模与两点间的距离公式向量的模与两点间的距离公式222zyx则有222OROQOPxOyzMNQRP由勾股定理得),(111zyxA因AB得两点间的距离公式:),(121212zzyyxx212212212)()()(zzyyxx对两点与, ),(222zyxB, rOM作NMON BABAOAOBBA),(zyxr 设OMr OMr OROQOP目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算例例4. 求证以)3,2,5(, )2, 1 ,7(, ) 1 ,3,4(321MMM证证:1M2M3M21MM 2)4

11、7( 2)31 ( 2) 12( 1432MM 2)75( 2) 12( 2)23( 631MM 2)45( 2)32( 2) 13( 63132MMMM即321MMM为等腰三角形 .的三角形是等腰三角形 . 为顶点目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算例例5. 在 z 轴上求与两点)7, 1 ,4(A等距解解: 设该点为, ),0,0(zM,BMAM因为 2)4(212)7(z 23252)2(z解得,914z故所求点为及)2,5,3(B. ),0,0(914M思考思考:(1) 如何求在 xOy 面上与A , B 等距离之点的轨迹方程?(2) 如何求在空间与

12、A , B 等距离之点的轨迹方程 ?离的点 . 目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算(1) 如何求在 xOy 面上与A , B 等距离之点的轨迹方程?(2) 如何求在空间与A , B 等距离之点的轨迹方程 ?)7, 1 ,4(A)2,5,3(B提示提示:(1) 设动点为, )0,(yxM利用,BMAM得,028814 yx(2) 设动点为, ),(zyxM利用,BMAM得014947zyx且0z例例6. 已知两点),3, 1 ,7()5,0,4(BA和解解:141)2,1,3(142,141,143BABA求AB的单位向量 e .e目录 上页 下页 返回 结

13、束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算Oyzx2. 方向角与方向余弦方向角与方向余弦设有两非零向量 任取空间一点 O ,OAB称 =AOB (0 ) 为向量 的夹角. 类似可定义向量与轴, 轴与轴的夹角 . 与三坐标轴的夹角 , , 为其方向角方向角.cos222zyxx方向角的余弦称为其方向余弦方向余弦. ,aOA 作, bOB ,baba,0),(zyxr给定r称),(ba记作),(ab或rxr目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算Oyzxrcos222zyxxcos222zyxycos222zyxz1coscoscos222方向余弦的性质:)co

14、s,cos,(cosrxryrzrrer:的单位向量向量 r目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算例例7. 已知两点)2,2,2(1M和, )0,3, 1(2M的模 、方向余弦和方向角 . 解解:,21,23)20计算向量)2, 1, 1(222)2(1) 1(2,21cos,21cos22cos,32,34321MM(21MM21MM目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算例例8. 设点 A 位于第一卦限,解解: 已知角依次为,43求点 A 的坐标 . ,4,3则222coscos1cos41因点 A 在第一卦限 , 故,21

15、cos于是6,cos,coscos)3,23,3(故点 A 的坐标为 . )3,23,3(向径 OA 与 x 轴 y 轴的夹 ,6AO且OA第二节 OAeAO6,21,2221目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算uOuuaa)(Prj或记作M3. 向量在轴上的投影向量在轴上的投影第二节 Oua则 a 在轴 u 上的投影为 例如, ),(zyxaaaa 在坐标轴上的投影分别为 设 a 与 u 轴正向的夹角为 ,M, 即 cos)(aaucosazyxaaa,投影的性质投影的性质2) uuaa)()(1) uuubaba)()()(为实数) MM目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算例例9.第二节 设立方体的一条对角线为OM, 一条棱为 OA, 且 , aOA 求OA 在 OM 方向上的投影. 解解: 如图所示, 记 MOA = , cosAOMOMOA313a本节重点本节重点: 空间直角坐标系中点与向量的坐空间直角坐标系中点与向量的坐标及其相关概念的运算标及其相关概念的运算。acosPrjOAOAOM目录 上页 下页 返回 结束 高等数学(高等教育出版社)D81向量及运算练习题练习题解解: 因1. 设求向量在 x 轴上的投影及在 y 轴上的