大学高数第七章 7-2向量运算

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向量运算知识点总结

向量运算知识点总结一、向量的定义向量是指空间中具有大小和方向的量。

在数学中，向量通常用箭头或者有向线段表示，箭头的方向表示向量的方向，箭头的长度表示向量的大小。

一个向量可以用两个点表示，也可以用一个有序数对表示。

在一般的坐标系中，向量可以表示为(x, y)或者(x, y, z)，其中(x, y)表示二维向量，(x, y, z)表示三维向量。

向量也可以用分量表示，例如向量a可以表示为(a1, a2)，或者(a1, a2, a3)。

向量有起点和终点之分，可以用起点和终点之间的有向线段来表示。

二、向量的性质1.零向量：长度为0的向量称为零向量，记作0。

零向量的方向没有意义，但其大小有明确的定义。

2.向量相等：如果两个向量的大小和方向均相等，则这两个向量是相等的。

3.共线向量：如果两个向量或者一组向量可以表示为某一向量的常数倍，则称这些向量共线。

4.平行向量：如果两个向量的方向相同或者相反，则这两个向量是平行的。

5.反向向量：如果一个向量的方向与另一个向量相反，大小相等，则这两个向量互为反向向量。

6.单位向量：向量的模为1的向量称为单位向量。

单位向量的方向和原向量相同。

7.向量的加法：向量a和向量b的和写作a + b，其结果是一个新的向量，可以用"平行四边形法则"或者"三角形法则"来求得。

8.向量的数量积：向量a和向量b的数量积写作a·b，其结果是一个数。

两个向量的数量积定义为：a·b = |a|·|b|·cosθ，其中|a|和|b|分别表示向量a和向量b的模，θ表示a和b之间的夹角。

9.向量的向量积：向量a和向量b的向量积写作a×b，其结果是一个新的向量。

两个向量a和b的向量积定义为：|a×b| = |a|·|b|·sinθ，其中|a×b|表示a和b的向量积的模，θ表示a和b之间的夹角。

向量的基本运算公式大全

向量的基本运算公式大全向量是线性代数的重要概念，它具有方向和大小，并且可以进行各种基本运算，包括加法、减法、数量乘法、点乘、叉乘等等。

在本文中，我将详细介绍向量的基本运算公式，并给出详细的解释和推导。

1.向量的加法向量的加法是指两个向量相加，得到一个新的向量。

向量的加法满足交换律和结合律。

设有两个向量A和B，其分量表示为A=(a1, a2, ..., an)和B=(b1, b2, ..., bn)。

则向量A和B的加法运算可以表示为：A +B = (a1 + b1, a2 + b2, ..., an + bn)2.向量的减法向量的减法是指将一个向量减去另一个向量，得到一个新的向量。

向量的减法可以通过向量的加法和数量乘法来表示。

设有两个向量A和B，其分量表示为A=(a1, a2, ..., an)和B=(b1, b2, ..., bn)。

则向量A和B的减法运算可以表示为：A-B=A+(-B)= (a1 - b1, a2 - b2, ..., an - bn)3.向量的数量乘法向量的数量乘法是指将一个标量与向量的每个分量相乘，得到一个新的向量。

设有一个向量A，其分量表示为A=(a1, a2, ..., an)，以及一个标量k。

则向量A的数量乘法可以表示为：kA = (ka1, ka2, ..., kan)4.向量的点乘向量的点乘是指将两个向量的对应分量相乘，并将结果相加。

向量的点乘得到的是一个标量。

设有两个向量A和B，其分量表示为A=(a1, a2, ..., an)和B=(b1, b2, ..., bn)。

则向量A和B的点乘运算可以表示为：A ·B = a1b1 + a2b2 + ... + anbn5.向量的叉乘向量的叉乘是指将两个三维向量进行运算，得到一个新的向量。

向量的叉乘只适用于三维向量。

设有两个向量A和B，其分量表示为A=(a1,a2,a3)和B=(b1,b2,b3)。

则向量A和B的叉乘运算可以表示为：A×B=(a2b3-a3b2,a3b1-a1b3,a1b2-a2b1)6.向量的单位化向量的单位化是指将一个向量除以其模长，得到一个长度为1的向量。

高数第七章向量与空间解析几何

第七章向量与空间解析几何空间解析几何是多元函数微积分学必备的基础知识.本章首先建立空间直角坐标系；然后引进有广泛应用的向量及其运算，以它为工具，讨论空间的平面和直线；最后介绍空间曲面和空间曲线的部分内容.第一节空间直角坐标系平面解析几何是我们已经熟悉的，所谓解析几何就是用解析的，或者说是代数的方法来研究几何问题.引起这场数学史上伟大革命的正是坐标系的建立.代数运算的基本对象是数，几何图形的基本元素是点.正如我们在平面解析几何中所见到的那样，通过建立平面直角坐标系使几何中的点与代数的有序数之间建立一一对应关系.在此基础上，引入运动的观点，使平面曲线和方程对应，从而使我们能够运用代数方法去研究几何问题.同样，要运用代数的方法去研究空间的图形——曲面和空间曲线，就必须建立空间内点与数组之间的对应关系.一、空间直角坐标系空间直角坐标系是平面直角坐标系的推广.过空间一定点O，作三条两两互相垂直的数轴，它们都以O为原点.这三条数轴分别叫做x轴(横轴)、y轴(纵轴)、z轴(竖轴)，统称坐标轴.它们的正方向按右手法则确定，即角度转向以右手握住z轴，右手的四个手指指向x轴的正向以π2y轴的正向时，大拇指的指向就是z轴的正向(见图7-1)，这样的三条坐标轴就组成了一空间直角坐标系O x y z，点O叫做坐标原点.图7-1三条坐标轴两两分别确定一个平面，这样定出的三个相互垂直的平面:x O y，y O z，z O x，统称为坐标面.三个坐标面把空间分成八个部分，称为八个卦限，上半空间(0)z>中，从含有x轴、y轴、z轴正半轴的那个卦限数起，按逆时针方向分别叫做Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ卦限；下半空间(0)z<中，与Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ四个卦限依次对应的叫做Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ卦限(见图7-2).图7-2确定了空间直角坐标系后，就可以建立起空间点与数组之间的对应关系.设M 为空间的一点，过点M 作三个平面分别垂直于三条坐标轴，它们与x 轴、y 轴、z 轴的交点依次为,,P Q R (见图7-3).这三点在x 轴、y 轴、z 轴上的坐标依次为x ，y ，z .这样，空间的一点M 就唯一地确定了一个有序数组(,,)x y z ，它称为点M 的直角坐标，并依次把x ， y 和z 叫做点M 的横坐标、纵坐标和竖坐标.坐标为(,,)x y z 的点M ，通常记为(,,)M x y z .图7-3反过来，给定了一有序数组(,,)x y z ，我们可以在x 轴上取坐标为x 的点P ，在y 轴上取坐标为y 的点Q ，在z 轴上取坐标为z 的点R ，然后通过P ，Q 与R 分别作x 轴、y 轴与z 轴的垂直平面，这三个平面的交点M 就是具有坐标(,,)x y z 的点(见图7-3).从而对应于一有序数组(,,)x y z ，必有空间的一个确定的点M .这样，就建立了空间的点M 和有序数组(,,)x y z 之间的一一对应关系.如图7-3所示. x 轴、y 轴和z 轴上的点的坐标，分别为(,0,0)P x ，(0,,0)Q y ，(0,0,)R z ；x O y 面、y O z 面和z O x 面上的点的坐标，分别为(,,0)A x y ，(0,,)B y z ，(,0,)C x z ；坐标原点O 的坐标为(0,0,0)O .它们各具有一定的特征，应注意区分.二、空间两点间的距离设11112222(,,),(,,)M x y z M x y z 为空间两点，为了用两点的坐标来表达它们间的距离d ，我们过12M M 各作三个分别垂直于三条坐标轴的平面.这六个平面围成一个以12,M M 为对角线的长方体(见图7-4).根据勾股定理，有图7-42221212M MM NN M=+222111.M P M Q M R +=+因为11221M P P P xx ==-， 11221M Q Q Q y y ==－， 11221M R R R z z ==－，所以12d M M =.特别地，点(,,)M x y z 与坐标原点(0,0,0)O 的距离为d O M =第二节向量及其运算一、向量及其线性运算1. 向量概念我们曾经遇到的物理量有两种：一种是只有大小的量，叫做数量，如时间、温度、距离、质量等；另一种是不仅有大小，而且还有方向的量，叫做向量或矢量，如速度、加速度、力等.在数学上，往往用一条有向线段来表示向量，有向线段的长度表示向量的大小，有向线段的方向表示向量的方向.如图7-5所示，以1M 为始点、2M 为终点的有向线段所表示的向量，用记号12M M表示.有时也用一个黑体字母或上面加箭头的字母来表示向量，如向量，，，a b i u 或 ,,,a b i u等.图7-5向量的大小叫做向量的模，向量12M M或a 的模分别记为12M M或a . 在研究向量的运算时，将会用到以下几个特殊向量与向量相等的概念：单位向量模等于1的向量称为单位向量.逆向量(或负向量) 与向量a 的模相等而方向相反的向量称为a 的逆向量，记为-a . 零向量模等于0的向量称为零向量，记作0，零向量没有确定的方向，也可以说它的方向是任意的.向量相等两个向量a 与b ，如果它们方向相同，且模相等，就说这两个向量相等，记作=a b .自由向量与始点位置无关的向量称为自由向量(即向量可以在空间平行移动，所得向量与原向量相等).我们研究的向量均为自由向量，今后，必要时可以把一个向量平行移动到空间任一位置2. 向量的线性运算（1）向量的加(减)法.仿照物理学中力的合成，我们可如下规定向量的加(减)法. 定义1 设a ，b 为两个(非零)向量，把a ，b 平行移动使它们的始点重合于M ，并以a ，b 为邻边作平行四边形，把以点M 为一端的对角线向量1M N定义为a ，b 的和，记为+a b(见图7-6).这样用平行四边形的对角线来定义两个向量的和的方法，叫做平行四边形法则.由于平行四边形的对边平行且相等，所以从图7-6可以看出，+a b 也可以按下列方法得出：把b 平行移动，使它的始点与a 的终点重合，这时，从a 的始点到b 的终点的有向线段1M N就表示向量a 与b 的和+a b (见图7-7).这个方法叫做三角形法则.图7-6 图7-7定义2 设a ，b 为两个（非零）向量，b 的逆向量为－b .称向量a 与向量－b 的和向量为向量a 与向量b 的差向量，简称为向量a 与向量b 的差.即-=+a b a b.按定义容易用作图法得到向量a 与b 的差.把向量a 与b 的始点放在一起，则由b 的终点到a 的终点的向量就是a 与b 的差-a b (见图7-8).图7-8在定义1与定义2中，我们都假设a ，b 为非零向量.其实这只是为了几何直观的需要，事实上a ，b 都可以是零向量.根据零向量的定义，我们可以将零向量看成一个没有方向的点.这样我们就可以约定：任何向量与零向量的和与差都等于该向量自己. 向量的加法满足下列性质：+=+a b b a； (交换律)()()++=++a b c a b c ； (结合律)+=a 0a ； ()0+-=a a (2) 向量与数量的乘法.定义3 设λ是一实数，向量a 与λ的乘积λa 是一个这样的向量：当>0λ时，λa 的方向与a 的方向相同，它的模等于a 的λ倍，即λλ=a a ；当<0λ时，λa 的方向与a 的方向相反，它的模等于a 的λ倍，即λλ=a a ；当0λ=时，λa 是零向量，即0λ=a .向量与数量的乘法满足下列性质(λ，μ为实数)： ()()λμλμ=a a ； (结合律) ()λμλμ+=+a a a ； (分配律) ()λλλ+=+a b a b . (分配律)设a e 是方向与a 相同的单位向量，则根据向量与数量乘法的定义，可以将a 写成a =a a e这样就把一个向量的大小和方向都明显地表示出来.由此若a 为非零向量，也有a =a e a就是说把一个非零向量除以它的模就得到与它同方向的单位向量.二、向量的坐标表示1. 向量在轴上的投影为了用分析方法来研究向量，需要引进向量在轴上的投影的概念. （1) 两向量的夹角.设a ，b 为两个非零向量，任取空间一点O ，作O A =a ， O B =b，则称这两向量正向间的夹角θ为两向量a 与b 的夹角(见图7-9)，记作(,)θ=ab 或 π(,),0θθ=≤≤b a . 当a 与b 同向时，0θ=；当a 与b 反向时，πθ=.图7-9(2) 点A 在x 轴上的投影.过点A 作与x 轴垂直的平面，交x 轴于点A '，则点A '称为点A 在x 轴上的投影(见图7-10).图7-10 图7-11(3) 向量AB 在x 轴上的投影.首先我们引进轴上的有向线段的值的概念设 AB 是x 轴上的有向线段.如果数λ满足λA B = ，且当AB 与x 轴同向时λ是正的，当 AB 与x 轴反向时λ是负的，那么数λ叫做x 轴上有向线段AB 的值，记作A B ，即λA B =.设,A B 两点在x 轴上的投影分别为A '，B '(见图7-11)，则有向线段''A B 的值A B ''称为向量AB 在x 轴上的投影，记作j P r x A B A B ''= ，它是一个数量. x 轴叫做投影轴.这里应特别指出的是：投影不是向量，也不是长度，而是数量，它可正，可负，也可以是零.关于向量的投影，有下面两个定理.定理1 向量 AB 在x 轴上的投影等于向量 AB 的模乘以x 轴与向量AB 的夹角α的余弦，即j P r cos x A B A B a =.证过A 作与x 轴平行，且有相同正向的x '轴，则x 轴与向量AB 间的夹角α等于x '轴与向量AB 间的夹角(见图7-12).从而有j j P r P r cos x x A B A B A B A B a '''==.图7-12显然，当α是锐角时，投影为正值；当α是钝角时，投影为负值；当α是直角时，投影为0定理2 两个向量的和在某轴上的投影等于这两个向量在该轴上投影的和，即j j j 1212P r ()P r P r x x x a a a a +=+图7-13证设有两个向量12,a a 及某x 轴，由图7-13可以看到j j j 12P r ()P r ()P r x x x A B B C A C A C ''+=+==a a，而j j j j 12P r P r P r P r x x x x A B B C A B B C A C ''''''+=+=+=a a，所以j j j 1212P r ()P r P r x x x +=+a a a a显然，定理2可推广到有限个向量的情形，即j j j j 1212P r ()P r P r P r x n x x x n +++=+++a a a a a a2. 向量的坐标表示 (1) 向量的分解.设空间直角坐标系O x y z ，以,,i j k 表示沿x 轴、y 轴、z 轴正向的单位向量，并称它们为这一坐标系的基本单位向量.始点固定在原点O 、终点为M 的向量O M =r，称为点M的向径.图7-14设向径O M终点M 的坐标为(,,)x y z .过点M 分别作与三条坐标轴垂直的平面，依次交坐标轴于,,P Q R (见图7-14)，根据向量的加法，有O M O P P M M M ''==++r，但 ,P M O P M M O Q ''==，所以 O P O Q O R=++r. 向量,,O P O Q O R ，分别称为向量O M =r在,,x y z 轴上的分向量.根据数与向量的乘法，得,O P x =i ,O Q y =j O R z =k .因此，有O M x y z ==++r i j k.这就是向量r 在坐标系中的分解式，其中,,x y z 三个数是向量O M =r在三条坐标轴上的投影.一般地，设向量12,=aM M 12,M M 的坐标分别为1111(,,)M x y z 及2222(,,)M x y z ，如图7-15所示.由于图7-15122121M M O M O M =-=-r r，而 2222x y z =++r i j k ，1111x y z =++r i j k ，所以()()=++-++a i j k i j k x y z x y z 222111 ()()()-+-+-i j k =x x y y z z 212121.这个式子称为向量12M M按基本单位向量的分解式，其中三个数量212121,,x y z a x x a y y a z z =-=-=-是向量12M M =a在三个坐标轴上的投影.我们也可以将向量a 的分解式写成.x y z a a a =++a i j k(2) 向量的坐标表示.向量a 在三个坐标轴上的投影,,x y z a a a 叫做向量a 的坐标，并将a 表示为(),,x y za a a =a ，上式叫做向量a 的坐标表示式.从而基本单位向量的坐标表示式是()()()1,0,0,0,1,0,0,0,1===i j k .零向量的坐标表示式为0,0,00=（）.起点为(),,M x y z 1111、终点为(),,M x y z 2222的向量的坐标表示式为()21212112,,M M x x y y z z ---=，特别地，向径的坐标就是终点的坐标，即(),,=O M x y z(3) 向量的模与方向余弦的坐标表示式.向量可以用它的模和方向来表示，也可以用它的坐标来表示.为了找出向量的坐标与向量的模、方向之间的联系，我们先介绍一种表达空间方向的方法.与平面解析几何里用倾角表示直线对坐标轴的倾斜程度相类似，我们可以用向量12M M =a 与三条坐标轴(正向)的夹角,,αβγ来表示此向量的方向，并规定π0α≤≤、π0β≤≤、π0γ≤≤ (见图7-16)，,,αβγ叫做向量a 的方向角.过点12,M M 各作垂直于三条坐标轴的平面，如图7-16所示.可以看出，由于12,P M Mα∠=又21M P M P ⊥，所以1cos cos 12x a M P M M ααa＝＝＝，1c o s c o s 12y a M Q M M ββ===a，（7-2-1）1cos=cos 12.z a M R M M γ==aa z ＝M 1R ＝｜｜cos γ＝｜a ｜cos γ.图7-16公式(7-2-1)中出现的不是方向角αβγ，，本身而是它们的余弦，因而，通常也用数组cos cos cos αβγ、、来表示向量a 的方向，叫做向量a 的方向余弦.把公式(7-2-1)代入向量的坐标表示式，就可以用向量的模及方向余弦来表示向量()cos cos cos αβγ=++a a i j k ，（7-2-2）而向量a 的模为12M M ==a由此得向量a 的模的坐标表示式=a （7-2-3）再把(7-2-3)式代入(7-2-1)式，可得向量a 的方向余弦的坐标表示式cos cos ,cos a αa βa γ⎧⎪=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪⎪=⎪⎩（7-2-4）把公式(7-2-4)的三个等式两边分别平方后相加，便得到222cos cos cos 1αβγ++=，即任一向量的方向余弦的平方和等于1.由此可见，由任一向量a 的方向余弦所组成的向量()cos cos cos ,,αβγ是单位向量，即cos cos cos =αβγ++a e i j k .例1 已知两点()1225,,P －及()2167,P -，，试求：(1) 12P P 在三条坐标轴上的投影及分解表达式； (2) 12P P 的模；(3) 12P P的方向余弦；(4)12P P 上的单位向量12e PP .解 (1)设12(,,)x y z P P a a a =，则12P P在三条坐标轴上的投影分别为：3,8,2x y z a a a =-==于是12P P的分解表达式为38212P P i j k++=-.(2)12P P ==(3)12cos x a α==P P12cos ya β==p p ，12cos za γ==p p .(4))e 38212i j k =++-PP .(4) 用坐标进行向量的线性运算.利用向量的分解式，向量的线性运算可以化为代数运算. 设λ是一数量，,x y z x y z a a a b b b b =++=++a i j k i j k ，则()()x y z x y z a a a b b b ±=±a b i j k i j k ＋＋＋＋()()()x x y y z z a b a b a b =±+±+±i j k ；()x y z x y z λλa a a λa λa λa =++=++a i j k i j k或()()(),,,,,,xy z x y z x x y y z zaa ab b b a b a b a b ±±±±=，()(),,,,x y z x y z λa a a λa λa λa =.这就是说，两向量之和(差)的坐标等于两向量同名坐标之和(差)；数与向量之积，等于此数乘上向量的每一个坐标.例2 从点()217,A -，沿向量8912=+-a i j k 的方向取线段A B ，使AB 34=，求点B 的坐标.解设点B 的坐标为(,,)x y z ，则()()()217A B x y z -+++-i j k=.按题意可知AB上的单位向量与a 上的单位向量相等，即＝A B a e e .而34A B =，17a ==，所以127343434A By x z +--==++e i j kAB AB， 8912171717a ==++a e i j k a比较以上两式，得283417x -=， 193417y +=， 7123417z -=-. 解得 181717,,x y z ===-.所以，点B 的坐标为1817,17()-，.例3 22345 ,,=-+=+-a i j k b i j k 求3-a b 方向的单位向量.解因为()()3322345=-=-+-+-c a b i j k i j k3711=-+i j k.于是c ==，所以371133c c a b i j k c a b-===-+-e ）.三、向量的数量积与向量积1. 两向量的数量积在物理学中，我们知道当物体在力F 的作用下(见图7-17)，产生位移s 时，力F 所做的功图7-17()cos ,W =F s Fs .这样，由两个向量F 和s 决定了一个数量 ()cos ,F s Fs .根据这一实际背景，我们把由两个向量F 和s 所确定的数量 ()cos ,F s Fs 定义为两向量F 与s 的数量积. 定义4 a 与b 的模与它们的夹角余弦的乘积，叫做a 与b 的数量积，记为a·b ，即()cos ,⋅=a b a b ab .因其中的 ()cos ,b ab 是向量b 在向量a 的方向上的投影，故数量积又可表示为 Prj ⋅=a a b a b，同样 Prj⋅=b a b b a . 数量积满足下列运算性质：（1）⋅=⋅a b b a ；（交换律）（2）()++⋅⋅⋅a b c =a b a c ；（分配律）（3）()()()λλλ⋅=⋅=⋅a b a b a b .（结合律）由数量积的定义，容易得出下面的结论：（1）2⋅=a a a ；（2）两个非零向量a 与b 互相垂直的充要条件是0⋅=a b . 数量积的坐标表示式设,x y z x y z a a a a b b b b =++=++i j k i j k ，由于基本单位向量，，i j k 两两互相垂直，从而，⋅=⋅=⋅=⋅=⋅=⋅=i j j k k i j i k j i k .又因为，，i j k 的模都是1，所以1⋅=⋅=⋅=i i j j k k ，因此，根据数量积的运算性质可得x x y y z z a b a b a b ⋅=++a b ，即两向量的数量积等于它们同名坐标的乘积之和.由于 ()co s ,⋅=a b a b ab ，当a ,b 都是非零向量时，有 ()cos ,a b a b a b ++⋅==a b ab a b.这就是两向量夹角余弦的坐标表示式.从这个公式可以看出，两非零向量互相垂直的充要条件为0x x y y z z a b a b a b ++=. (7-2-5)例4 求向量()322,,=-a 和()3,0,0=b 的夹角.解因为 ()3320209⋅=⋅+-⋅+⋅=a b ，5==a ，=3b ，所以()93cos ,535⋅===⨯a b a b a b.故其夹角()arccos 5383,5=≈︒'a b .例5 求向量()412,,=-a 在()31,,0=b 上的投影. 解因为 ()43112011⋅=⋅+-⋅+⋅=a b ，==b ，所以Prj ⋅===b a b a b.例6 在x O y 平面上，求一单位向量与437(,,)=-p 垂直. 解设所求向量为(),,a b c ，因为它在x O y 平面上，所以0c =.又(),,0a b 与()437,,=-p 垂直，且是单位向量，故有22-43=10a b a b +=+，.由此求得34,55a b =±=±，因此所求向量为34,,055⎛⎫±± ⎪⎝⎭.2. 两向量的向量积在研究物体转动问题时，不但要考虑此物体所受的力，还要分析这些力所产生的力矩.下面举例说明表示力矩的方法.图7-18设O 为杠杆L 的支点，有一个力F 作用于这杠杆上P 点处，F 与OP 的夹角为θ(见图7-18).由物理学知道，力F 对支点O 的力矩是一向量M ，它的模sin M O Q O P θ=F F=.而M 的方向垂直于 OP 与F 所确定的平面（即M 既垂直于OP ，又垂直于F ），M 的指向按右手规则，即当右手的四个手指从OP 以不超过π的角转向F 握拳时，大拇指的指向就是M 的指向.由两个已知向量按上述规则来确定另一向量，在其他物理问题中也会遇到，抽象出来，就是两个向量的向量积的概念.定义5 设a ，b 为两个向量，若向量c 满足(1) sin (,)=c a b ab ，即等于以,a b 为邻边的平行四边行的面积； (2)c 的方向垂直于,a b 所确定的平面，并且按顺序,,a b c 符合右手法则.则称向量c 为向量a 与向量b 的向量积，记为⨯a b （如图7-19），即=⨯c a b.图7-19向量积满足下列规律：（1）⨯=-⨯a b b a （向量积不满足交换律）；（2）()+⨯=⨯+⨯a b c a c b c ；（3）()()()λλλ⨯=⨯=⨯a b a b a b .由向量积的定义，容易得出下面的结论：（1）⨯=a a 0；（2）两个非零向量a 与b 互相平行的充要条件是⨯=a b 0. 3. 向量积的坐标表示式设,x y z x y z a a a b b b =++=++a i j k b i j k .则()()x y z x y z a a a b b b ⨯=⨯a b i j k i j k ＋＋＋＋()()()x x x y x z a b a b a b =⨯⨯⨯+i i i j i k ++ y x y y y za b a b a b ⨯⨯⨯+j i j j j k （）+（）+（）z x z y z za b a b a b ⨯⨯⨯k i k j k k （）＋（）＋（）. 由于⨯=⨯=⨯=i i j j k k 0， ⨯=i j k ， ,⨯=j k i⨯=k i j ，⨯=j i k -， ⨯=k ji -， ⨯=i k j -.因此()()().y z z y z x x z x y y x a b a b a b a b a b a b ⨯=-+-+a b i j k －这就是向量积的坐标表示式.这个公式可以用行列式(行列式的定义及简单运算见本书后附录)写成下列便于记忆的形式，即⨯=ij k a b xy z xyza a ab b b从这个公式可以看出，两非零向量a 和b 互相平行的条件为0,0,0y z z y z x x z x y y x a b a b a b a b a b a b -=-=-=，或y x z xyza a ab b b ==. (7-2-6)例7 设2=+-ai j k，2=-+bi j k.计算⨯a b .解 211112i j k a b ⨯=--()()()212111222111⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⋅--+-⋅-⋅+⋅--⋅⎣⎦⎣⎦⎣⎦i j k53=--i j k.例8 求以()123A ，，，()345B ，，，()247,,C 为顶点的三角形的面积S . 解根据向量积的定义，可知所求三角形的面积S 等于12A B A C ⨯ . 因为=222A B ++i j k ， 24A C +i j k＝＋，222124A B A C ⨯=ij k=462-+i j k ，所以12S A B A C =⨯==.例9 已知()211,,=a ，()111,,=-b ，求与a 和b 都垂直的单位向量. 解设=⨯c a b ，则c 同时垂直于a 和b .于是，c 上的单位向量是所求的单位向量.因为23=⨯=--c a b i j k ，==c ，所以==c e c c⎛⎫-=-⎝c e 都是所求的单位向量.第三节空间直线与平面本节将以向量为工具，在空间直角坐标系中建立最简单的空间图形——平面和直线的代数方程.一、曲面方程的概念平面解析几何把曲线看作动点的轨迹，类似地，空间解析几何可把曲面当作是一个动点或一条动曲线按一定规律而运动产生的轨迹.一般地，如果曲面S 与三元方程(),,0F x y z =之间存在如下关系：（1）曲面S 上任一点的坐标都满足方程(),,0F x y z =；（2）不在曲面S 上的点的坐标都不满足这个方程，满足方程的点都在曲面上. 那末称(),,0F x y z =为曲面S 的方程，而曲面S 称为方程的图形.二、空间直线的方程在平面解析几何中，我们知道，x O y 平面上的一定点和一非零向量就确定了一条直线.在三维空间的情形也是一样.设空间直线L 过定点0000(,,)M x y z ，且平行于非零向量m n p =++s i j k这时直线的位置就完全确定了（如图7-20），下面我们来求这条直线的直线方程.图7-20设(,,)M x y z 是直线L 上任意一点，因为L 平行于向量s ，所以0000()()()M M x x y y z z =-+-+-i j k0M M平行于向量s ，由两向量平行的充要条件式（7-2-6）有x x y y z z mnp---== （7-3-1）（7-3-1）称为直线L 的对称式方程，也叫做直线L 的标准式方程. 在建立直线L 的标准式方程（7-3-1）时，我们用到了向量0M M平行于向量s 的充要条件，即这两个向量的对应坐标成比例.如果我们设这个比列系数为t ，则有x x y y z z tmnp---===，那么000,,x x m t y y n t z z p t =+=+=+ （7-3-2）当t 从-∞变到+∞时，方程（7-3-2）就是过点0000(,,)M x y z 的直线L 的参数方程，其中t 是参数，向量s 称为直线L 的方向向量.向量s 的坐标,,m n p 叫做直线的方向数.例1 求过两点()1111,,M x y z ，()2222,,M x y z 的直线的方程解可以取方向向量()21212112,,M M x x y y z z =---s=.由直线的标准式方程可知，过两点12,M M 的直线方程为111212121x x y y z z x x y y z z ---==---.上式称为直线的两点式方程.例2 用标准式方程及参数式方程表示直线10,2340.x y z x y z +++=⎧⎨+++=⎩解为寻找直线的方向向量s ，在直线上找出两个点即可，令=10x ，代入题中方程组，得 000,2y z ==- 同理，令1=0x ，代入题中方程组，得1113,22y z ==-即点(0)-，，A 12与点13(0)2，，B 2在直线上. 取()111,,22AB ==-s .因此，所给直线标准式方程为12211y x z -+==- 参数方程为12,,2.x t y t z t =-⎧⎪=⎨⎪=-+⎩，注意本例提供了化直线的一般方程为标准方程和参数方程的方法.三、平面及其方程垂直于平面的非零向量叫做该平面的法向量.容易看出，平面上的任一向量都与该平面的法向量垂直.我们知道，过空间一点可以作，而且只能作一平面垂直于一已知直线，所以当平面Π上的一点0000(,,)M x y z 和它的法向量(,,)A B C =n 为已知时，平面Π的位置就完全确定了.图7-21设0000(,,)M x y z 是平面Π上一已知点，(,,)A B C =n 是它的法向量(见图7-21)，(,,)M x y z 是平面Π上的任一点，那么向量0M M必与平面Π的法向量n 垂直，即它们的数量积等于零：00M M ⋅=n . 由于(,,)A B C =n ，0000(,,)M M x x y y z z =---，所以有000()()()0A x x B y y C z z -+-+-= (7-3-3)因为所给的条件是已知一定点0000(,,)M x y z 和一个法向量(,,)A B C =n ，方程(7-3-3)叫做平面的点法式方程.例3 求过点23(0)-,,及法向量(1,2,3)=-n 的平面方程.解根据平面的点法式方程(7-3-3)，得所求平面的方程为(2)2(3)30x y z --++= 或2380x y z =+-=.将方程(7-3-3)化简，得A xB yC zD +++=， (7-3-4)其中000D A x B y C z =---.由于方程(7-3-3)是,,x y z 的一次方程，因此任何平面都可以用三元一次方程来表示.反过来，对于任给的一个形如(7-3-4)的三元一次方程，我们取满足该方程的一组解000,,x y z ，则0000A x B y C z D +++= (7-3-5)由方程(7-3-4)减去方程(7-3-5)，得000()()()0A x x B y y C z z -+-+-= (7-3-6)把它与方程(7-3-3)相比较，便知方程 (7-3-6)是通过点0000(,,)M x y z ，且以(,,)A B C =n 为法向量的平面方程.因为方程(7-3-4)与(7-3-6)同解，所以任意一个三元一次方程(7-3-4)的图形是一个平面.方程(7-3-4)称为平面的一般式方程，其中,,x y z 的系数就是该平面的法向量n 的坐标，即(,,)A B C =n .例4 如图7-22所示，平面Π在三个坐标轴上的截距分别为,,a b c ，求此平面的方程(设0,0,0a b c ≠≠≠).图7-22解因为,,a b c 分别表示平面Π在x 轴、y 轴、z 轴上的截距，所以平面Π通过三点(,0,0),(0,,0),(0,0,)A a B b C c ，且这三点不在一直线上.先找出平面Π的法向量n ，由于法向量n 与向量A B ，A C都垂直，可取A B A C =⨯n ，而(,,0),(,0,)A B a b A C a c =-=-，所以得00A B A C ab ac=⨯=--ij k nb c a c a b =++i j k.再根据平面的点法式方程(7-3-3)，得此平面的方程为()(0)(0)0bc x a ac y ab z -+-+-=. 由于0,0,0ab c ≠≠≠，上式可改写成1y xz a b c++=. (7-3-7) 式(7-3-7)叫做平面的截距式方程.下面我们讨论一下特殊位置的平面方程.(1) 过原点的平面方程. 因为平面通过原点，所以将0x y z ===代入方程(7-3-4)，得0D =.故过原点的平面方程为0A x B y C z ++=， (7-3-8)其特点是常数项0D =.(2) 平行于坐标轴的平面方程.如果平面平行于x 轴，则平面的法向量(,,)A B C =n 与x 轴的单位向量(1,0,0)=i 垂直，故0⋅=n i ，即1000A B C ⋅+⋅+⋅=由此，有A =从而得到平行于x 轴的平面方程为B yC zD ++=，其方程中不含x .类似地，平行于y 轴的平面方程为0A x C z D ++=；平行于z 轴的平面方程为A xB y D ++=.(3) 过坐标轴的平面方程.因为过坐标轴的平面必过原点，且与该坐标轴平行.根据上面讨论的结果，可得过x 轴的平面方程为B yC z +=；过y 轴的平面方程为0A x C z +=；过z 轴的平面方程为0Ax B y +=.(4) 垂直于坐标轴的平面方程. 如果平面垂直于z 轴，则该平面的法向量n 可取与z 轴平行的任一非零向量(0,0,)C ，故平面方程为0C z D +=.类似地，垂直于x 轴的平面方程为0A x D +=，垂直于y 轴的平面方程为0B y D +=；而z =表示x O y 坐标面，0x =表示y O z 坐标面，0y =表示z O x 坐标面. 例5 指出下列平面位置的特点，并作出其图形： (1) 4x y +=； (2) 2z =.解 (1) 4x y +=，由于方程中不含z 的项，因此平面平行于z 轴(见图7-23). (2) 2z =，表示过点2(00)，，且垂直于z 轴的平面(见图7-24).图7-23 图7-24四、有关平面与直线的位置关系1. 两平面的夹角及平行、垂直的条件设平面1Π与2Π的法向量分别为1111(,,)A B C =n 和2222(,,)A B C =n .如果这两个平面相交，它们之间有两个互补的二面角(见图7-25)，其中一个二面角与向量1n 与2n 的夹角相等.所以我们把这两平面的法向量的夹角中的锐角称为两平面的夹角.根据两向量夹角余弦的公式，有12cos cos(,)θ==n n (7-3-9)图7-25从两非零向量垂直、平行的条件，立即推得两平面垂直、平行的条件. 两平面12,ΠΠ互相垂直的充要条件是1212120A A B B C C ++=； (7-3-10)两平面12,ΠΠ互相平行的充要条件是111222A B C A B C ==. (7-3-11)例6 设平面1Π与2Π的方程分别为260x y z -+-=及250xy z ++-=，求它们的夹角.解根据公式(7-3-9)得1cos 2θ==，所以平面1Π与2Π的夹角为π3θ=. 例7 一平面通过点1(1,1,1)P 和2(0,1,1)P -，且垂直于平面0x y z ++=，求这平面的方程.解平面0x y z ++=的法向量为1(1,1,1)=n ，又向量12(1,0,2)P P =--在所求平面上，设所求平面的法向量为n ，则n 同时垂直于向量12P P及1n ，所以可取112(1,1,1)(1,0,2)(2,1,1)P P =⨯=⨯--=-n n，故所求平面方程为2(1)(1)(1)0x y z --+-+-=，或20x y z --=.2. 两直线的夹角及平行、垂直的条件设两直线1L 和2L 的标准式方程分别为111111x x y y z z m n p ---==和222222x x y y z z m n p ---==，两直线的方向向量()111,,m n p 1s =与()222,,m n p 2s =的夹角（这里指锐角或直角）称为两直线的夹角，记为θ，则cos θ=. (7-3-12)由此推出，两直线互相垂直的充要条件是121212 0m m n n p p ++=； (7-3-13)两直线互相平行的充要条件是111222m n p m n p == . (7-3-14)例8 求直线113:141y x z L -+==-和直线22:221y x zL +==--的夹角. 解直线1L 的方向向量()1,41-1s =，，直线2L 的方向向量为()221--2s =，，，故直线1L 与2L 的夹角θ的余弦为cos θ===. 所以 π4θ=. 例9 求经过点()2,0,1-且与直线2360,42390x y z x y z -+-=⎧⎨-++=⎩平行的直线方程.解所求直线与已知直线平行，其方向向量可取为()()()231423728,,,,,,=⨯-⨯-=--12s n n =.根据直线的标准式方程，得所求直线的方程为21728y x z -+==--. 例10 求过点213()，，，且与直线11321y x z-+==-垂直相交的直线方程. 解先作一平面过点213()，，，且垂直于已知直线，那么这平面的方程应为()()()32+2130.x y z ----=再求已知直线与这平面的交点.把已知直线的参数方程13,12,x t y t z t =-+⎧⎪=+⎨⎪=-⎩代入平面方程，解之得37t =.再将求得的t 值代入直线参数方程中，即得 2133,,777x y z ===-. 所以，交点的坐标是2133,,777⎛⎫- ⎪⎝⎭. 于是，向量2132133,,777⎛⎫---- ⎪⎝⎭是所求直线的一个方向向量，故所求直线的方程为1232133213777y x z --==-----，即123214y x z ---==-. 3. 直线与平面的夹角及平行、垂直的条件直线L 与它在平面Π上的投影所成的角称为直线L 与平面Π的夹角，一般取锐角(见图7-26).图7-26设直线L 的方程为ox x y y z z mnp---==，其方向向量(),,m n p =s ；平面Π的方程为0Ax B y C z D +++=，其法向量(),,A B C =n ，则πcos 2θ⎛⎫-=⎪⎝⎭n s n s ，即sin θ=. (7-3-15)从而，直线L 与平面Π平行的充要条件是m B n C p ++=； (7-3-16)直线L 与平面Π垂直的充要条件是A B Cm n p==. (7-3-17) 例11 设平面Π的方程为0Ax B y C z D +++=，()1111,,M x y z 是平面外的一点，试求1M 到平面Π的距离.图7-27解在平面Π上取一点()0000,,M x y z (见图7-27)，则点M 1到平面Π的距离Prj 0101n M M d M M ⋅==n n，而()()()11101000·M M A x x B y y C z z -+-+-n ＝由于点()000,,x y z 在平面Π上，有0000A x B y C z D +++=，即 000A x B y C z D ++=-，由此可得11101M M A x B y C z D ⋅=+++n，所以d =(7-3-18)公式（7-3-18）称为点到平面的距离公式.第四节空间曲面与曲线一、曲面及其方程在上一节中，我们考察了最简单的曲面——平面，以及最简单的空间曲线——直线，建立了它们的一些常见形式的方程.在这一节里，我们将介绍几种类型的常见曲面.1. 球面方程到空间一定点0M 之间的距离恒定的动点的轨迹为球面. 例1 建立球心在点()0000,,M x y z ，半径为R 的球面的方程.解将球面看作空间中与定点等距离的点的轨迹.设(),,M x y z 是球面上的任一点，则0.M M R =由于0M M =所以R =.两边平方，得2222000x x y y z z R ---=（）+（）+（）(7-4-1) 显然，球面上的点的坐标满足这个方程，而不在球面上的点的坐标不满足这个方程.所以，方程(7-4-1)就是以()0000,,M x y z 为球心，以R 为半径的球面方程.如果0M 为原点，即0000x y z ===，这时球面方程为2222x y z R ++= (7-4-2)若记20A x =-，20B y =-，20C z =-， D 222200x y z R =++-，则式(7-4-1)可化为2220x y z A x B y C z D ++++++=（7-4-3）（7-4-3）式称为球面的一般方程由(7-4-3)式可以看出，球面的方程是关于,,x y z 的二次方程，它的222x y z ，，三项系数相等，并且方程中没有,,x y y z z x 的项.对于形如式（7-4-3）的一般方程，我们有下面几个结论：(1) 当22240A B C D ++->时，上式为一球面方程； (2) 当22240A B C D ++-=时，上式只表示一个点；(3) 当22240A B C D ++-<时，上式表示一个虚球，或者说它不代表任何图形. 例2 方程222240x y z x y ++-+=表示怎样的曲面? 解通过配方，原方程可以改写为()()22212=5x y z -+++.与式(7-4-1)比较，可知原方程表示球心在点120,,0M -（）、半径R =的球面. 2. 柱面设给定一条曲线C 及直线l ，则平行于直线l ，且沿曲线C 移动的直线L 所形成的曲面叫做柱面.定曲线C 叫做柱面的准线，动直线L 叫做柱面的母线(见图7-28).图7-28如果柱面的准线是x O y 面上的曲线C ，其方程为() ,0f x y =， (7-4-4)柱面的母线平行于z 轴，则方程(),0f x y =就是这柱面的方程(见图7-29).因为在此柱面上任取一点(),,M x y z ，过点M 作直线平行于z 轴，此直线与x O y 面相交于点()0,,0M x y ，点0M 就是点M 在x O y 面上的投影.于是点0M 必落在准线上，它在x O y 面上的坐标(),x y 必满足方程(),0f x y =，这个方程不含z 的项，所以点M 的坐标(),,x y z 也满足方程(),0fx y =.。

向量的基本运算

向量的基本运算在数学和物理中，向量是一个具有大小和方向的量。

向量可以进行多种基本运算，如相加、相减、数乘等。

本文将详细介绍向量的基本运算及其性质。

1. 向量的表示方法向量通常用带箭头的字母表示，例如$\vec{A}$，箭头表示向量的方向。

向量也可以用坐标表示，如$\vec{A}=(x，y，z)$表示三维向量。

在向量上还有一些常用记号，例如向量的模表示向量的大小，记作$|\vec{A}|$或$||\vec{A}||$。

2. 向量的加法向量的加法是将两个向量的对应分量相加。

设有两个向量$\vec{A}=(x_1，y_1，z_1)$和$\vec{B}=(x_2，y_2，z_2)$，则它们的和为$\vec{A}+\vec{B}=(x_1+x_2，y_1+y_2，z_1+z_2)$。

向量的加法满足交换律和结合律。

3. 向量的减法向量的减法是将两个向量的对应分量相减。

设有两个向量$\vec{A}=(x_1，y_1，z_1)$和$\vec{B}=(x_2，y_2，z_2)$，则它们的差为$\vec{A}-\vec{B}=(x_1-x_2，y_1-y_2，z_1-z_2)$。

求向量的差可以看作是求向量的和再乘以$-1$。

4. 数乘运算数乘是指将向量的每个分量都乘以一个实数。

设有一个向量$\vec{A}=(x，y，z)$和一个实数$k$，则$k\vec{A}=(kx，ky，kz)$。

数乘的运算性质包括交换律和结合律。

5. 内积内积是向量的一种重要的运算，它可以用来计算两个向量之间的夹角。

设有两个向量$\vec{A}=(x_1，y_1，z_1)$和$\vec{B}=(x_2，y_2，z_2)$，它们的内积表示为$\vec{A}\cdot\vec{B}=x_1x_2+y_1y_2+z_1z_2$。

内积满足交换律、结合律和分配律。

6. 外积外积是向量的另一种运算，它用于计算向量之间的垂直分量和面积。

设有两个向量$\vec{A}=(x_1，y_1，z_1)$和$\vec{B}=(x_2，y_2，z_2)$，它们的外积表示为$\vec{A}\times\vec{B}=(y_1z_2-y_2z_1，z_1x_2-z_2x_1，x_1y_2-x_2y_1)$。

向量的运算法则

向量的运算法则向量是数学中一个非常重要的概念，它在物理学、工程学、计算机科学等众多领域都有着广泛的应用。

要深入理解和运用向量，就必须掌握其运算法则。

向量，简单来说，就是既有大小又有方向的量。

比如力、速度等都是向量。

向量通常用有向线段来表示，线段的长度表示向量的大小，箭头所指的方向表示向量的方向。

向量的加法是向量运算中最基本的法则之一。

两个向量相加，可以将它们的首尾依次相连，从第一个向量的起点指向最后一个向量的终点所得到的向量就是它们的和向量。

比如说，有向量 A 和向量 B，将向量 B 的起点放在向量 A 的终点上，那么从向量 A 的起点到向量 B 的终点所形成的新向量就是 A ＋ B。

向量加法满足交换律，即 A ＋ B ＝B ＋ A ；也满足结合律，即（A ＋ B) ＋ C ＝ A ＋（B ＋ C) 。

这就好比我们走路，先向东走一段距离，再向北走一段距离，和先向北走一段距离，再向东走一段距离，最终到达的位置是一样的。

向量的减法可以看作是加法的逆运算。

向量 A 减去向量 B，等于向量 A 加上向量 B 的相反向量（大小相等，方向相反）。

用式子表示就是 A B ＝ A ＋（B) 。

向量的数乘是另一个重要的运算。

一个实数 k 乘以一个向量 A，得到的新向量的大小是原来向量大小的｜k| 倍，方向当 k ＞ 0 时与原向量相同，当 k ＜ 0 时与原向量相反。

比如 2A 就是向量 A 的长度变为原来的两倍，方向不变；而－2A 则是向量A 的长度变为原来的两倍，但方向相反。

向量的数乘满足分配律，即 k(A ＋ B) ＝ kA ＋ kB 。

向量的数量积（也称为点积）是一种非常有用的运算。

对于两个向量 A 和 B，它们的数量积 A·B ＝｜A|×｜B|×cosθ，其中θ 是两个向量之间的夹角。

数量积的结果是一个标量（只有大小，没有方向）。

如果A·B ＝0 ，则说明两个向量垂直。

数学向量的运算知识点总结

数学向量的运算知识点总结一、向量的基本概念首先，我们来回顾一下向量的基本概念。

向量是一个具有大小和方向的量，通常用箭头表示，箭头的方向表示向量的方向，箭头的长度表示向量的大小。

在数学上，一般用坐标表示一个向量，比如在二维空间中，一个向量可以表示成(x, y)，表示向量在x轴和y轴上的分量，而在三维空间中，一个向量可以表示成(x, y, z)，表示向量在x轴、y轴和z轴上的分量。

向量的加法、减法、数量乘法等运算可以通过分量的运算来完成，这些运算规则将在后面详细介绍。

二、向量的加法和减法向量的加法是指两个向量相加得到一个新的向量的操作，减法则是指一个向量减去另一个向量得到一个新的向量。

向量的加法和减法都是分量相加和分量相减的操作。

比如，对于两个二维向量A=(x1, y1)和B=(x2, y2)，它们的加法和减法可以表示为：A+B = (x1+x2, y1+y2)A-B = (x1-x2, y1-y2)在三维空间中，向量的加法和减法同样可以通过分量相加和分量相减来完成。

向量的加法和减法满足交换律和结合律，即A+B=B+A，(A+B)+C=A+(B+C)。

三、数量乘法数量乘法是指一个向量乘以一个标量得到一个新的向量的操作。

比如，对于一个二维向量A=(x, y)和一个标量k，它们的数量乘法可以表示为：kA=(kx, ky)这里k是一个实数。

数量乘法有分配律和结合律，即k(A+B)=kA+kB，(k+m)A=kA+mA。

四、内积内积又称点积，是两个向量相乘得到一个标量的操作。

对于两个n维向量A=(a1, a2, ..., an)和B=(b1, b2, ..., bn)，它们的内积可以表示为：A•B = a1b1 + a2b2 + ... + anbn内积有交换律和分配律，即A•B=B•A，A•(B+C)=A•B+A•C。

内积可以用来求向量的夹角和判断向量的正交性。

五、外积外积又称叉积，是两个向量相乘得到一个新的向量的操作。

向量的运算的所有公式

向量的运算的所有公式向量运算是数学中的一个重要概念，它可以用来描述力学、物理、几何等领域中的各种现象。

本文将介绍向量的基本运算公式，涵盖向量的加法、减法、数乘、点积、叉积等运算。

1.向量的加法：向量的加法是指将两个向量相加得到一个新的向量。

设有两个向量A 和B，它们的加法可以表示为：A+B=(A1+B1,A2+B2,...,An+Bn)其中，A1、A2...An和B1、B2...Bn分别是向量A和B的各个分量。

2.向量的减法：向量的减法是指将一个向量减去另一个向量得到一个新的向量。

设有两个向量A和B，它们的减法可以表示为：A-B=(A1-B1,A2-B2,...,An-Bn)其中，A1、A2...An和B1、B2...Bn分别是向量A和B的各个分量。

3.向量的数乘：向量的数乘是指将一个向量的每个分量乘以一个常数得到一个新的向量。

设有一个向量A和一个实数k，它们的数乘可以表示为：kA=(kA1,kA2,...,kAn)其中，A1、A2...An是向量A的各个分量，k是一个实数。

4.向量的点积（内积）：向量的点积是指将两个向量的对应分量相乘再求和得到一个标量。

设有两个向量A和B，它们的点积可以表示为：A·B=A1B1+A2B2+...+AnBn其中，A1、A2...An和B1、B2...Bn分别是向量A和B的各个分量。

5.向量的叉积（外积）：向量的叉积是指将两个向量进行运算得到一个新的向量。

设有两个三维向量A和B，它们的叉积可以表示为：A×B=(A2B3-A3B2,A3B1-A1B3,A1B2-A2B1)其中，A1、A2、A3和B1、B2、B3分别是向量A和B的三个分量。

6.向量的模（长度）：向量的模是指向量的大小或长度，可以通过向量的分量计算得到。

设有一个n维向量A，它的模可以表示为：A，=√(A1^2+A2^2+...+An^2)7.向量的投影：向量的投影是指将一个向量在另一个向量上的投影，得到一个标量。

高等数学向量及其加减法向量与数的乘法.ppt

λ2
向量的单位化：
a
）
设a 0，则向量| a | 是与 a 同方向的单位向量，记为a（表示
非零向量a同向的单位向量，︱ a0︱=1 ）．
于是a | a | a．
例 1 在平行四边形 ABCD 中，设 AB a，AD b．试用
a 和 b 表示向量MA 、MB 、MC 、MD ，其中 M 是平行四边
、| a
|、|
M1M
|．
2
单位向量：
模等于1的向量叫做单位向量．
零向量：模等于0的向量叫做零向量，记作0．零向量的起点与终点重合，它的方向可以看作是任意的．
向量的平行：两个非零向量如果它们的方向相同或相反，就称这两个向量
平行．向量a与b平行，记作a // b．零向量认为是与任何向量都平行．
向量与数的乘积符合下列运算规律： (1)结合律( a )( a )( )a； (2)分配律()aa a； ( a b )a b．
向量平行的充分必要条件：定理1 设向量 a 0，那么，向量 b 平行于 a 的充分必要条
件是：存在唯一的实数，使 b a．（向量 b 平行于 a 的充分
a =0 +b 必要条件是：存在不全为零的实数λ1 、 λ2 ，使 λ1
例如，b，i，j，k，F，n
，i
，
j
，
k
．
以M1为起点、M 2为终点的有向线段所表示的向量，记作．
M1M 2 ．
z
M2
M1
O
y
x
向径：
以原点O为起点，向一个点M引向量，这个向量叫做点M 对于点O的向径，常用r或 r 表示．
z
M r
O
y
x

(完整版)高等数学第七章向量

第七章空间解析几何与向量代数§7.1 空间直角坐标系§7.2 向量及其加减法、向量与数的乘法一、判断题。

1．点（-1，-2，-3）是在第八卦限。

（） 2．任何向量都有确定的方向。

（） 3．任二向量b a ,=.则a =b 同向。

( ) 4．若二向量b a ,+,则b a ,同向。

（）5．若二向量b a ,满足关系b a -=a +b，则b a ,反向。

（）6．若ca b a +=+,则c b =( ) 7．向量ba ,满足=，则ba ,同向。

（）二、填空题。

1．点（2，1，-3）关于坐标原点对称的点是2．点（4，3，-5）在坐标面上的投影点是M （0，3，-5） 3．点（5，-3，2）关于的对称点是M （5，-3，-2）。

4．设向量a 与b 有共同的始点，则与b a ,共面且平分a 与b 的夹角的向量为 5．已知向量a 与b 方向相反，且||2||a b =，则b 由a 表示为b = 。

6．设b a ,有共同的始点，则以b a ,为邻边的平行四边形的两条对角线的向量分别为。

三、选择题。

1．点（4，-3，5）到oy 轴的距离为（A ）2225)3(4+-+ （B ）225)3(+-（C ）22)3(4-+ （D ）2254+ 2．已知梯形OABC 、CB //OA 且21a ，OC =b ，则AB = （A ）21b a - （B ）b a 21- （C ）a b -21 （D ）a b 21-3．设有非零向量b a ,，若a ⊥ b ，则必有（A+（B+-（C+<-（D+>-三、试证明以三点A（4，1，9）、B（10，-1，6）、C（2，4，3）为顶点的三角形为等腰直角三角形。

四、在yoz平面上求与三个已知点A（3，1，2）、B（4，-2，-2）、C（0，5，1）等距离的点D。

六、用向量方法证明：三角形两边中点的连线平行与第三边，且长度为第三边的一半。

高等数学第七章空间解析几何与向量代数课件.ppt

D
b a BD
2 MB
b M
MA
1 2
(
a
b
)
MB
1 2
(
b
a
)
A
a
MC
1 2
(
a
b
)
MD
1 2
(
b
a
)
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C B
第9页，共33页。
三、空间直角坐标系
1. 空间直角坐标系的基本概念
过空间一定点 o ,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
Ⅲ
z z 轴(竖轴)
和
计算向量
的模、方向余弦和方向角 .
解: M1M 2 ( 1 2, 3 2 , 0 2 ) (1, 1, 2 )
(1)2 12 ( 2)2 2
cos 1 , cos 2
2
2
2 ,
,
3
3
3
4
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3. 向量在轴上的投影与投影定理
z
r
在三个坐标轴上的分向量：
cos
x r
x x2 y2 z2
z
r
o
y
x
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第19页，共33页。
cos x
r
cos y
r
cos rz
x x2 y2 z2
y x2 y2 z2
z x2 y2 z2
方向余弦的性质:
z
r
o
y

向量的运算法则

向量的运算法则向量是数学和物理学中一个非常重要的概念，它在解决几何、物理、工程等领域的问题时发挥着巨大的作用。

要深入理解和运用向量，掌握其运算法则是关键。

向量的加法是向量运算中最基本的法则之一。

假设有两个向量 A 和B，它们的加法就是将两个向量的对应分量相加。

比如说，向量 A ＝（a₁, a₂, a₃)，向量 B ＝（b₁, b₂, b₃)，那么 A ＋ B ＝（a₁＋ b₁,a₂＋ b₂, a₃＋ b₃)。

向量加法遵循三角形法则和平行四边形法则。

三角形法则是将第二个向量的起点放在第一个向量的终点上，然后从第一个向量的起点指向第二个向量的终点，得到的就是两个向量的和。

平行四边形法则则是将两个向量作为平行四边形的相邻两边，从共同的起点出发的对角线就是它们的和。

向量的减法可以看作是加法的逆运算。

向量 A B 实际上就是 A ＋（B)，也就是将 B 取反后与 A 相加。

同样按照对应分量相减的规则进行计算。

向量与实数的乘法也是常见的运算。

一个实数 k 乘以一个向量 A，得到的新向量的大小是原向量大小的 k 倍，方向与原向量相同（当 k大于 0 时）或相反（当 k 小于 0 时）。

如果向量 A ＝（a₁, a₂, a₃)，那么 kA ＝（ka₁, ka₂, ka₃)。

向量的点积是另一个重要的运算。

两个向量 A 和 B 的点积等于它们的模长相乘再乘以它们夹角的余弦值。

用公式表示就是 A·B ＝｜A|｜B|cosθ，其中θ 是 A 和 B 的夹角。

如果向量 A ＝（a₁, a₂, a₃)，向量 B ＝（b₁, b₂, b₃)，那么 A·B ＝ a₁b₁＋ a₂b₂＋ a₃b₃。

点积的结果是一个实数。

点积在很多方面都有应用，比如计算向量的投影、判断向量的垂直关系等。

如果两个向量的点积为 0，则它们互相垂直。

向量的叉积则是在三维空间中定义的运算。

两个向量 A 和 B 的叉积得到的是一个新的向量 C，其方向垂直于 A 和 B 所确定的平面，遵循右手定则，大小等于｜A|｜B|sinθ，其中θ 是 A 和 B 的夹角。

高考数学大一轮复习第七章立体几何第7课时空间向量及其运算课件理北师大版.ppt

(3)模、夹角和距离公式
设a＝(x1，y1，z1)，b＝(x2，y2，z2)，则|a|＝ a·a ＝ x21＋y21＋z12 ，cos〈a，b〉＝|aa|·|bb|
＝
x1x2＋y1y2＋z1z2 x21＋y21＋z21· x22＋y22＋z22
[基础自测] 1．已知空间四边形ABCD的对角线为AC、BD，设G是CD的中点，则A→B＋12(B→D＋B→C)等于( ) A.A→G B.C→G C.B→C D.12B→C
审题视点将所表示向量置于三角形或多边形中利用三角形法则或多边形法则可求．
解 (1)∵P是C1D1的中点， ∴A→P＝A→A1＋A→1D1＋D→1P ＝a＋A→D＋12D→1C1 ＝a＋c＋12A→B ＝a＋c＋12b.
(2)∵N是BC的中点， ∴A→1N＝A→1A＋A→B＋B→N ＝－a＋b＋12B→C ＝－a＋b＋12A→D ＝－a＋b＋12c，
＝ xa＋yb＋zc
.
5．空间向量的坐标表示及应用 (1)数量积的坐标运算设a＝(x1，y1，z1)，b＝(x2，y2，z2)，则a·b＝x1x2＋y1y2＋z1z2 . (2)共线与垂直的坐标表示设a＝(x1，y1，z1)，b＝(x2，y2，z2)，则a∥b⇔a＝λb⇔ x1＝λx2 ， y1＝λy2 ， z1＝λz2 ，a ⊥b⇔a·b＝0⇔ x1x2＋y1y2＋z1z2＝0 (a，b均为非零向量)．
(3)∵M是AA1的中点， ∴M→P＝M→A＋A→P＝12A→1A＋A→P ＝－12a＋a＋c＋12b＝12a＋12b＋c，又N→C1＝N→C＋C→C1＝12B→C＋A→A1
＝12A→D＋A→A1＝12c＋a， ∴M→P＋N→C1＝12a＋12b＋c＋a＋12c ＝32a＋12b＋32c.

高等数学向量及其运算PPT(“向量”文档)共40张可修改文字

a相同, 当<0时与a相反.
当=0时, |a|=0, 即a为零向量. 当=1时, 有1a=a; 当=-1时, 有(-1)a =-a.
11
•向量与数的乘积的运算规律
(1)结合律 (a)=(a)=()a;
(2)分配律 (+)a=a+a;
(a+b)=a+b.
•向量的单位化
设a0, 则向量 a 是与a同方向的单位向量,
9
的三角形是等腰三角形 .
思考: 五、向量的模、方向角、投影
“”
以OM为对角线、三条坐标轴为棱作长方体有
例3 已知两点A(x1 y1 z1)和B(x2 y2 z2)以及实数
1
(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 ?
20
任给向量r, 存在点M及xi、yj、zk, 使
则 r =OM = xi + yj + zk .
• 上式称为向量r的坐标分解式. • xi、yj、zk称为向量r沿三个坐标轴方向的分向量.
点M、向量r与三个有序x、y、z之
间有一一对应的关系
M r =OM = xi + yj + zk (x, y, z) .
在直线 AB 上求一点 M, 使 AM =MB .
解由于
解由于 AM =OM -OA , MB =OB-OM ,
=OM -OA , MB =OB-OM ,
因此 OM -OA=(OB-OM ) ,
从而
OM
=
1
1+
(OA+
OB)
(x,
y,
z)

高等数学中的向量计算

高等数学中的向量计算引言：高等数学是大学数学中的一门重要课程，其中向量计算是其中的一部分。

向量是数学中的重要概念，具有广泛的应用。

本教案将围绕高等数学中的向量计算展开论述，包括向量的定义、向量的基本运算、向量的线性相关与线性无关、向量的内积与外积等内容。

通过学习本教案，学生将深入理解向量的概念和运算规则，为进一步学习和应用数学打下坚实的基础。

一、向量的定义与表示1. 向量的概念：向量是具有大小和方向的量，常用箭头表示。

向量在物理、几何和工程等领域有着广泛的应用。

2. 向量的表示：向量可以用有序数对、有向线段、列向量等形式表示。

不同的表示形式在不同的问题中有着不同的应用。

3. 向量的运算：向量的运算包括加法、减法、数乘等。

这些运算满足一定的运算规则，如交换律、结合律等。

二、向量的基本运算1. 向量的加法：向量的加法满足平行四边形法则，即将两个向量的起点相接，然后将它们的终点相连，新向量的起点即为原向量的起点，终点即为原向量的终点。

2. 向量的减法：向量的减法可以看作是向量加法的逆运算，即将减去的向量取反后与被减向量相加。

3. 向量的数乘：向量的数乘是将向量的每个分量与一个实数相乘，改变向量的大小和方向。

三、向量的线性相关与线性无关1. 向量的线性组合：给定一组向量，通过对向量的加法和数乘运算，可以得到新的向量，称为这组向量的线性组合。

2. 向量的线性相关：如果存在不全为零的实数使得向量组的线性组合等于零向量，则称这组向量线性相关。

3. 向量的线性无关：如果向量组的线性组合只有零向量时，称这组向量线性无关。

四、向量的内积与外积1. 向量的内积：向量的内积又称点积，是两个向量之间的一种运算。

内积的结果是一个实数，表示两个向量之间的夹角和向量长度的乘积。

2. 向量的外积：向量的外积又称叉积，是两个向量之间的一种运算。

外积的结果是一个向量，垂直于原来两个向量所在的平面。

结语：通过本教案的学习，学生将对高等数学中的向量计算有更深入的理解。

向量的运算法则

向量的运算法则向量运算是线性代数中的重要概念之一，它在数学、物理、工程等领域中有广泛的应用。

本文将介绍向量的基本定义与性质，并重点阐述向量的加法和数乘运算法则。

一、向量的基本定义和性质在线性代数中，向量通常被表示为一个有序的数列，如(a1, a2, ..., an)，其中a1,a2,...,an为实数。

向量用箭头表示，在几何上可理解为从坐标原点出发指向某个点的有向线段。

向量的长度称为模，记作||a||。

两个向量的模相等，则它们相等。

1. 零向量：长度为0的向量，记作0，任何向量a与零向量的加法运算结果为向量a本身。

2. 向量的相等与相反：两个向量相等，当且仅当它们对应的各个分量相等；一个向量的相反向量，记作−a，其每个分量都与原向量相反。

3. 单位向量：长度为1的向量。

4. 平行向量：具有相同或相反方向的向量。

5. 垂直向量：夹角为90度的向量。

二、向量的加法和数乘运算法则1. 向量的加法：对于两个向量a=(a1, a2, ..., aa)和a=(a1, a2, ..., aa)，定义它们的加法为a+a=(a1+a1, a2+a2, ..., aa+aa)。

向量的加法满足交换律、结合律和存在单位元素。

2. 向量的数乘：对于一个向量a=(a1, a2, ..., aa)和一个实数a，定义数乘为aa=(aa1, aa2, ..., aaa)。

数乘满足结合律。

3. 向量加法与数乘的分配律：对于两个向量a和a，以及一个实数a，有a(a+a)=aa+aa；(a+a)a=aa+aa。

四、向量运算的应用向量运算在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个例子：1. 物理学中的向量分析：动量、力、速度等物理量都是向量，通过向量运算可以更准确地描述物理现象。

2. 几何学中的向量运算：通过向量的加法、数乘运算可以确定线段之间的关系、判断线段的位置关系等。

3. 工程中的向量运算：在工程计算中，向量运算广泛应用于建筑结构、电路分析、力学分析等领域。

向量运算归纳(全)

向量运算归纳(全)向量是数学中一种常见而重要的概念。

向量运算是对向量进行各种操作和运算的过程。

本文将对向量运算进行归纳和总结，包括向量的加法、减法、数量乘法以及点积和叉积等。

向量加法向量加法是指将两个向量按照对应分量相加的运算。

如果有两个向量 A 和 B，分别表示为 A=(a1, a2, a3) 和 B=(b1, b2, b3)，则它们的和定义为：A + B = (a1 + b1, a2 + b2, a3 + b3)。

向量减法向量减法是指将两个向量按照对应分量相减的运算。

如果有两个向量 A 和 B，分别表示为 A=(a1, a2, a3) 和 B=(b1, b2, b3)，则它们的差定义为：A - B = (a1 - b1, a2 - b2, a3 - b3)。

数量乘法数量乘法是指将一个实数与一个向量的每个分量相乘的运算。

如果有一个实数 k 和一个向量 A，表示为 A=(a1, a2, a3)，则数量乘法定义为：kA = (k * a1, k * a2, k * a3)。

点积点积也称为内积，是指将两个向量的对应分量相乘再求和的运算。

如果有两个向量 A 和 B，分别表示为 A=(a1, a2, a3) 和 B=(b1, b2, b3)，则它们的点积定义为：A · B = a1 * b1 + a2 * b2 + a3 * b3。

叉积叉积也称为向量积，是指通过两个向量的叉乘运算得到一个新的向量。

如果有两个向量 A 和 B，分别表示为 A=(a1, a2, a3) 和B=(b1, b2, b3)，则它们的叉积定义为：A × B = (a2 * b3 - a3 * b2, a3 * b1 - a1 * b3, a1 * b2 - a2 * b1)。

向量运算在物理学、工程学、计算机科学等领域有着广泛的应用。

通过对向量运算的归纳和总结，我们可以更好地理解和应用向量。

---参考文献:。

向量的运算法则

向量的运算法则在数学和物理学等领域，向量是一个非常重要的概念。

向量不仅能够简洁地描述许多物理现象和几何问题，还在解决实际问题中发挥着关键作用。

而要熟练运用向量，就必须掌握其运算法则。

向量，简单来说，是既有大小又有方向的量。

比如，力、速度、位移等都是向量。

向量的加法是一种基本的运算。

假设有两个向量 A 和 B，它们的加法就是将两个向量首尾相接，从第一个向量的起点指向第二个向量的终点所得到的新向量，就是这两个向量的和。

举个例子，假设一个人先向东走了 5 米（用向量 A 表示），然后又向北走了 3 米（用向量 B 表示），那么他最终的位置相对于起始点的位移就是向量 A 和向量 B 的和。

这个和向量的大小可以通过勾股定理计算得出，即根号下（5 的平方＋ 3 的平方），方向则是从起始点指向终点。

向量的加法满足交换律和结合律。

交换律就是说 A ＋ B ＝ B ＋ A，这很好理解，因为无论先加哪个向量，最终得到的结果都是一样的。

结合律则是（A ＋ B) ＋ C ＝ A ＋（B ＋ C)，也就是说多个向量相加，无论先把哪两个向量相加，结果都是相同的。

向量的减法是加法的逆运算。

如果有向量 A 和 B，那么 A B 就等于 A ＋（B)，这里的 B 是 B 的相反向量，大小与 B 相同，但方向相反。

比如，一辆车先以一定的速度向量 V1 行驶了一段时间，然后又以速度向量 V2 行驶了一段时间。

那么 V1 V2 就表示车在这两个时间段内速度的变化。

向量的数乘也是常见的运算。

如果有一个实数 k 和向量 A，那么kA 就是一个新的向量，其方向与 A 相同（当 k ＞ 0 时）或相反（当 k ＜ 0 时），长度是 A 的｜k| 倍。

当 k ＝ 0 时，0A 就是零向量，其大小为 0，方向任意。

向量的数乘满足分配律，即 k(A ＋ B) ＝ kA ＋ kB。

在实际应用中，向量的运算法则有很多用途。

比如在物理学中，当研究多个力对物体的作用时，可以将这些力表示为向量，然后通过向量的加法来求出合力。

人大微积分课件7-2向量及其线性运算

2021/4/21
14
r OM
z
OP PN NM
R(0,0, z)
B(0, y, z)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C( x,o, z)
• M(x, y, z)
OP OQ OR
o
y
Q(0, y,0)
x
iy
jz k
x
P( x,0,0)
A( x, y,0)
r x
i
yj z
k
称为向量的坐标分解式，
y1 y2 , 1
z z1 (z2 z)
z z1 z2 , 1
M 为有向线段AB 的定比分点. M 为中点时，
x x1 x2 , y y1 y2 , z z1 z2 .
2
2
2
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20
例 3 设 A( x1 , y1 , z1 )和B( x2 , y2 , z2 ) 为两已知点，而在AB 直线上的点 M 分有向线段AB 为
AD 与 BC 平行且相等, 结论得证.
2021/4/21
10
么么么么方面
• Sds绝对是假的
么么么么方面
• Sds绝对是假的
2021/4/21
12
例2 用向量方法证明：连结三角形两边中点的线段平行于第三边，且等于第三边的一半.
证设M、N为AB、AC的中点，则
A
MN MA AN
M
N
1 1 BA AC
(b
c ).
（3）
a (a) 0.
[2] 减法
a b a (b)
b
a
ab ab
b
b c
a
b
c

大学高数第七章 7-2向量运算

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