理學(xué)向量的乘法PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1理學(xué)向量的乘法理學(xué)向量的乘法 一一物物體體在在常常力力F作作用用下下沿沿直直線線從從點點1M移移動動到到點點2M，以以s表表示示位位移移，則則力力F所所作作的的功功為為 cos|sFW (其中其中 為為F與與s的夾角的夾角)實例實例s1McosFF2M啟示啟示 我們可以定義我們可以定義向量的一種乘法運算向量的一種乘法運算兩向量作這樣的運算兩向量作這樣的運算, 結(jié)果是一個數(shù)量結(jié)果是一個數(shù)量.第1頁/共34頁,Prcos|bjba ,Prcos|ajab 數(shù)量積也稱為數(shù)量積也稱為“點積點積”、“內(nèi)積內(nèi)積”.aaa=0，有有0顯然，對任何向量顯然，對任何向量 = 0 ajbbabPr| .P

2、r|bjaa 由此得由此得 baeababajPr cos|baba (其中其中 為為a與與b的夾角的夾角)定義定義第2頁/共34頁推導(dǎo)數(shù)量積的坐標(biāo)表達式推導(dǎo)數(shù)量積的坐標(biāo)表達式abba如右圖如右圖,由余弦定理得由余弦定理得:22221cosbababa設(shè)設(shè),zyxzyxbbbbaaaa則上式可寫則上式可寫成成 22222222221zzyyxxzyxzyxbabababbbaaacosbazzyyxxbababa第3頁/共34頁于是于是 zzyyxxzyxzyxbabababbbaaaba,如果如果cba,是任意向量是任意向量,是任意實數(shù)是任意實數(shù),那么那么,2aaababaabbacabac

3、ba交換律交換律數(shù)乘結(jié)合律數(shù)乘結(jié)合律分配律分配律運算律運算律:第4頁/共34頁,|cosbaba222222coszyxzyxzzyyxxbbbaaabababa 兩向量夾角余弦滿足兩向量夾角余弦滿足若向量若向量a與與b夾夾角角,2則稱則稱a與與b正交正交(或垂直或垂直),記作記作ba,zyxzyxbbbbaaaa若若則則第5頁/共34頁0ba.ba )(, 0 ba, 0| a, 0| b, 0cos .ba )(,ba , 0cos . 0cos| baba證證 ,2 ,2 定理定理若若a與與b有一個為有一個為0,結(jié)論顯然成結(jié)論顯然成立立不妨設(shè)不妨設(shè)0,ba第6頁/共34頁,zyxzyxb

4、bbbaaaa若若則則ba0 zzyyxxbababa定理的坐標(biāo)形式為定理的坐標(biāo)形式為第7頁/共34頁例例 1 1 已知已知4, 1 , 1 a，2 , 2, 1 b，求，求（1）ba ；（2）a與與b的夾角；的夾角；（3）a在在b上的投影上的投影.解解ba )1(2)4()2(111 . 9 222222cos)2(zyxzyxzzyyxxbbbaaabababa ,21 ajbbabPr|)3( . 3|Pr bbaajb .43 第8頁/共34頁例例2 已知點已知點M(1,1,1),A(2,2,1),B(2,1,2),求求AMBMBMA解解 AMB可以看成向可以看成向量量與與的夾角的夾角

5、,而而MA=(2-1,2-1,1-1)=(1,1,0)MB =(2-1,1-1,2-1)=(1,0,1)故故MA MB =11+10+01=1MAMB,20112222101222帶入公式帶入公式21|cosMBMAMBMAbaba3AMB第9頁/共34頁第10頁/共34頁第11頁/共34頁 設(shè)設(shè)O為為一一根根杠杠桿桿L的的支支點點，有有一一力力F作作用用于于這這杠杠桿桿上上P點點處處力力F與與OP的的夾夾角角為為 ，力力F對對支支點點O的的力力矩矩是是一一向向量量M，它它的的模模|FOQM sin|FOP M的的方方向向垂垂直直于于OP與與F所所決決定定的的平平面面, 指指向向符符合合右右手

6、手系系.實例實例LFPQO 第12頁/共34頁向向量量a與與b的的向向量量積積為為 bac sin|bac (其中其中 為為a與與b的夾角的夾角)定義定義關(guān)于向量積的說明：關(guān)于向量積的說明：. 0aa向量積也稱為向量積也稱為“叉積叉積”、“外積外積”.000aa.abba (反交換律),并規(guī)并規(guī)定定()()第13頁/共34頁向量積符合下列運算規(guī)律：向量積符合下列運算規(guī)律：分配律.)(cbcacba ).()()(baba如如果果cba,是任意向量是任意向量, ,是任意實數(shù)是任意實數(shù),那那么么結(jié)合律結(jié)合律例5 設(shè) 是兩個向量,證明: ba,ab0ba第14頁/共34頁)(, 0 ba, 0| a

7、, 0| b, 0sin )(0sin . 0sin| bababa/ba/或或0 證證 設(shè)設(shè) 均為非零向量均為非零向量( (否則命題不證自明否則命題不證自明) ) ba,或或0 第15頁/共34頁,kajaiaazyx kbjbibbzyx 設(shè)設(shè) ba)(kajaiazyx )(kbjbibzyx ,kji , 0 kkjjii, jik , ikj ,kij . jki , ijk kbabajbabaibabaxyyxzxxzyzzy)()()( 向量積的分解表達式向量積的分解表達式:第16頁/共34頁向量積還可用行列式表示向量積還可用行列式表示zyxzyxbbbaaakjiba kbb

8、aajbbaaibbaabayxyxxzxzzyzy即即第17頁/共34頁abbac 兩向量的向量積的幾何意義兩向量的向量積的幾何意義:()()absinbhba與一切既平行與一切既平行于于a又平行又平行于于b的平面垂的平面垂直直第18頁/共34頁 例例6 6 設(shè)平面設(shè)平面過空間三點過空間三點A(1,0,0)A(1,0,0)、B(3,1,-1)B(3,1,-1)、C(2,-1,2),C(2,-1,2),求一個垂直于求一個垂直于平面平面的向量的向量n解解 2 , 1, 102 , 01, 121, 1 , 201, 01 , 13ACABABABACAC與與顯然不共線且都在面顯然不共線且都在面內(nèi)

9、內(nèi)故可故可取取kjikjiACABn35211112第19頁/共34頁ABC解解D3, 4 , 0 AC0 , 5, 4 AB三角形三角形ABC的面積為的面積為|21ABACS 22216121521 ,225 | AC, 5)3(422 |21BDS | AC|521225BD . 5| BD第20頁/共34頁例例8 8 設(shè)剛體以等角速率設(shè)剛體以等角速率繞繞 l l軸旋轉(zhuǎn)，計算剛體軸旋轉(zhuǎn)，計算剛體上一點上一點M M 的線速率的線速率 。v解解 剛體旋轉(zhuǎn)時剛體旋轉(zhuǎn)時, ,我們可用轉(zhuǎn)動軸我們可用轉(zhuǎn)動軸 l l 上上的向量的向量 表示角速度表示角速度, ,它的大小它的大小 ，它的方向按右手法則定出

10、，它的方向按右手法則定出, ,如右圖如右圖. .設(shè)點設(shè)點M M到到 l l 軸的距離為軸的距離為a,a,任取任取 l l 軸上軸上一點記為一點記為O O，并記，并記 , ,若用若用表示表示 與與 的夾角的夾角, ,則有則有OMr rsinraorMva 從物理中知道從物理中知道, ,線速率線速率 與角速率與角速率 有如下關(guān)系：有如下關(guān)系：vrvrav,sin又符合右手法則又符合右手法則, ,因此得因此得vr,rv第21頁/共34頁定義定義 設(shè)設(shè)已已知知三三個個向向量量a、b、c，數(shù)數(shù)量量cba )(稱稱為為這這三三個個向向量量的的混混合合積積，記記為為cba. .),(zyxaaaa ),(z

11、yxbbbb 設(shè)設(shè)),(zyxcccc 下面推導(dǎo)混合積的坐標(biāo)表達式下面推導(dǎo)混合積的坐標(biāo)表達式因因為為yxyxxzxzzyzybbaabbaabbaaba,第22頁/共34頁cbacba )(zyxzyxzyxcccbbbaaa 所以所以zyxyxyxzxzxzyzycbbaacbbaacbbaacba)(即即顯然顯然 bacacbcba第23頁/共34頁（1）向量混合積的幾何意義：）向量混合積的幾何意義：acbba 關(guān)于混合積的說明：關(guān)于混合積的說明：. 0 cba0zyxzyxzyxcccbbbaaa第24頁/共34頁例例9 已知空間內(nèi)四點已知空間內(nèi)四點A(1,1,1),B(3,4,4),C

12、(3,5,5)和和D(2,4,7),求四面體求四面體ABCD的體積的體積. 解解由由立立體體幾幾何何知知，四四面面體體的的體體積積等等于于以以向向量量AB、AC、AD為為棱棱的的平平行行六六面面體體的的體體積積的的六六分分之之一一.61ADACABV 故故1661ABCDV而而 AB=(2,3,3),AC=(2,4,4),AD=(1,3,6),于是于是6631442332ADACAB第25頁/共34頁例例10 問點問點A(1,1,1),B(4,5,6),C(2,3,3)和和D(10,15,17) 四點是否在同一平面上？四點是否在同一平面上？016149221543ADACAB解解 AB=(3,

13、4,5),AC=(1,2,2),AD=(9,14,16),而而因此因此AB、AC、AD共面，即共面，即A、B、C、D在同一個平面上在同一個平面上第26頁/共34頁向量的數(shù)量積向量的數(shù)量積向量的向量積向量的向量積向量的混合積向量的混合積（結(jié)果是一個數(shù)量）（結(jié)果是一個數(shù)量）（結(jié)果是一個向量）（結(jié)果是一個向量）（結(jié)果是一個數(shù)量）（結(jié)果是一個數(shù)量）（注意共線、共面的條件）（注意共線、共面的條件）第27頁/共34頁思考題思考題已已知知向向量量0 a，0 b，證證明明2222)(|bababa .第28頁/共34頁思考題解答思考題解答)(sin|,2222bababa )(cos1|,222baba 22

14、|ba )(cos|,222baba 22|ba .)(2ba 第29頁/共34頁一一、 填填空空題題：1 1、 已已知知a= =3 3，b= =2 26 6，ba = =7 72 2, ,則則ba = =_ _ _ _ _ _ _ _ _ _；2 2、 已已知知（ba,）= =32 ，且且a= =1 1，b= =2 2，則則 2)(ba = =_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；3 3、ba 的的幾幾何何意意義義是是以以ba,為為其其鄰鄰邊邊的的_ _ _ _ _ _ _ _ _ _；4 4、 三三向向 量量cba,的的 混混 合合 積積 cba 的的 幾幾 何何 意

15、意 義義 是是_ _ _ _ _ _ _；5 5、 兩兩向向量量的的的的內(nèi)內(nèi)積積為為零零的的充充分分必必要要條條件件是是至至少少其其中中有有 一一個個向向量量為為_ _ _ _ _ _ _ _ _，或或它它們們互互相相 _ _ _ _ _ _ _ _ _；6 6、 兩兩向向量量的的外外積積為為零零的的充充分分必必要要條條件件是是至至少少其其中中有有一一 個個向向量量為為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _，或或它它們們互互相相_ _ _ _ _ _ _；練練 習(xí)習(xí) 題題第30頁/共34頁7 7、設(shè)、設(shè)kjia23 ，kjib 2 , , 則則ba = _ = _， ba = _

16、= _ _ , , ba3)2( = _ = _, , ba2 = _ = _，),cos(ba = = _ _ ；8 8、設(shè)、設(shè)a= =kji 32, ,kjib3 和和,2 jic 則則 bcacba)()( =_ =_ ,_ , )()(cbba _ _ ,_ , cba )( = _ = _ ._ .二二、 已已 知知cba,為為 單單 位位 向向 量量 ， 且且 滿滿 足足0 cba，計計算算accbba . .三三、設(shè)設(shè)質(zhì)質(zhì)量量為為 1 10 00 0 千千克克的的物物體體從從點點)8,1,3(1M沿沿直直線線移移動動到到點點)2,4,1(2M計計算算重重力力所所作作的的功功（長長

17、度度單單位位為為米米，重重力力方方向向為為Z軸軸負負方方向向）. .第31頁/共34頁四、四、 設(shè)設(shè) 4,1,2,2,5,3 ba，問，問 與與怎樣的關(guān)系怎樣的關(guān)系能使行能使行zba與與 軸垂直軸垂直 . .五、五、 應(yīng)用向量證明：應(yīng)用向量證明：1 1、 三角形的余弦定理；三角形的余弦定理；2 2、 直徑所對的圓周角是直角直徑所對的圓周角是直角 . .六、六、 已知已知cba,兩兩垂直，且兩兩垂直，且 cbascba 求求,3,2,1的長度的長度 與它和與它和cba,的夾角的夾角 . .七、七、 計算以向量計算以向量212eep 和和212eeq 為邊的三角為邊的三角形的面積，其中形的面積，其中1e和和2e是相互垂直的單位向量是相互垂直的單位向量 . .第32頁/共34頁練習(xí)題答案練習(xí)題答案一、一、1 1、30 ； 2 2、3 3； 3 3、平行四