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向量的除法

2023-03-18 13:55 作者:休閑飆車  | 我要投稿

注:自行定義和理解,并沒有官方解釋。

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前言:向量的除法并沒有官方定義,接下來根據(jù)個(gè)人理解進(jìn)行理解定義探究:(加黑體字母為向量)

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(1)向量除法解釋:(暫且叫做數(shù)量商)

我們可以類比復(fù)數(shù)的除法,將其“分母”有理化,我們知道兩個(gè)向量相除的難點(diǎn)在于方向的統(tǒng)一化,我們知道向量的數(shù)量積計(jì)算也是由方向的統(tǒng)一來定義的,那么,我們用高中必修二教材的一個(gè)方法來進(jìn)行推論:

令:a=(x?,y?),b=(x?,y?),i,j為單位向量

則:a=x?i+y?j,b=x?i+y?j。

那么:a/b=(x?i+y?j)/(x?i+y?j),上下同乘x?i+y?j),因?yàn)?strong>i×j=0,i×i=j×j=1,原式化簡為: (x?x?+y?y?)/(x?2+y?2),即:a/b=(x?x?+y?y?)/(x?2+y?2)

這也就是說:兩個(gè)向量的數(shù)量商的對應(yīng)坐標(biāo)等于他們對應(yīng)坐標(biāo)的積除以分母向量的模的平方。

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(2)向量的除法公式推理:

前面我們用向量的坐標(biāo)表示來推理了向量數(shù)量商的定義,那么我們將坐標(biāo)對應(yīng)成向量的除法公式:

設(shè)有ab向量由(1)中的坐標(biāo)表示可以推斷:a/b=(a?b)/(|b|2)=(|a||b|cosθ)

/(|b|2)=(|a|cosθ)/(|b|)。

????這也就是說:兩個(gè)向量的數(shù)量商等于分子向量的模在分母向量的投影與分母向量的模的商。

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如上圖所示:

(3)向量數(shù)量商的性質(zhì)

根據(jù)向量數(shù)量商的定義,我們可以推斷以下重要性質(zhì):

a=|a|cosθe

a?b? a/b=0

③當(dāng)ab同向:a/b=|a|/|b|,當(dāng)ab反向:a/b=-|a|/|b|。

④此外:|cosθ|≤1,則|a/b|≤|a|/|b|

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(4)向量數(shù)量商的運(yùn)算律

根據(jù)向量數(shù)量商的定義,我們可以推斷以下運(yùn)算律成立:

a/b=1/(b/a

a/?b=(1/?)?(a/b

(a+b)/c=(a/c)+(b/c)

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(5)倒數(shù)向量的計(jì)算

???我們探究了向量的數(shù)量商的一些性質(zhì),但是我們常常會(huì)遇到形如1/b的形式,我們給它一個(gè)定義,叫它倒數(shù)向量,接下來,我們來研究探索倒數(shù)向量的性質(zhì):

令:a=(x?,y?),b=(x?,y?),1/b=(?,?),那么由數(shù)量積的定義a?(1/b)=x??+y??, 又因?yàn)?strong>a/b=(x?x?+y?y?)/(x?2+y?2),則x??+y??=(x?x?+y?y?)/(x?2+y?2),通過整理解出?=x?/(x?2+y?2),?=y?/(x?2+y?2)。

即,若b=(x?,y?),那么1/b=(x?/〔x?2+y?2〕,y?/〔x?2+y?2〕)

(注:小括號里面有中括號是為了區(qū)分。)

且易得|1/b|=1/|b|(通過上文推出)

這就是說:b對應(yīng)的倒數(shù)向量1/b的坐標(biāo)等于原坐標(biāo)分別除以|b|2。

我們知道b/|b|=e=(x?/√〔x?2+y?2〕,√y?/〔x?2+y?2〕),并且根據(jù)前面推理還可知道|b|/b=(x?/√〔x?2+y?2〕,√y?/〔x?2+y?2〕),所以b/|b|=|b|/b

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(6)倒數(shù)向量的運(yùn)算

令:a=(x?,y?),b=(x?,y?)。

由(5)可得1/a=(x?/〔x?2+y?2〕,y?/〔x?2+y?2〕),1/b=(x?/〔x?2+y?2〕,y?/〔x?2+y?2〕)。

則(1/a+(1/b)=(x?/〔x?2+y?2〕+x?/〔x?2+y?2〕,y?/〔x?2+y?2〕+ ??????y?/〔x?2+y?2〕)。由于形式復(fù)雜不便記憶,我們可以用另一個(gè)方法:(1/a+(1/b)=

a+b)/(a?b)=(〔x?+x?〕/〔x?x?+y?y?〕,〔y?+y?〕/〔x?x?+y?y?〕)。

??這也就是說:兩個(gè)倒數(shù)向量的和的坐標(biāo)等于原向量對應(yīng)坐標(biāo)之和除以對應(yīng)坐標(biāo)乘積的和的商。

??用向量表達(dá):兩個(gè)倒數(shù)向量之和等于原向量的和除以原向量數(shù)量積的商。

??同理,也可推得(1/a)-(1/b)=(〔x?-x?〕/〔x?x?+y?y?〕,〔y?-y?〕/〔x?x?+y?y?〕)。

??所以我們可以推斷:倒數(shù)向量的運(yùn)算性質(zhì)與代數(shù)的運(yùn)算性質(zhì)雷同,我們可以用代數(shù)的運(yùn)算性質(zhì)去推斷倒數(shù)向量的運(yùn)算性質(zhì)。

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(7)向量的三角表達(dá)式

??我們知道一個(gè)向量是可以“擺在”數(shù)軸上,我們可以利用這個(gè)定義寫出“坐標(biāo)”(必修二課本),那么我們可以用這個(gè)定義來寫出向量的三角表達(dá)式:

令:a=(x?,y?),那么:a=(cosα|a|,sinα|a|),α=<a,j>(j為y軸上的單位向量)。這樣的表達(dá)形式有利于我們便捷的研究三角函數(shù)的一些簡單推理。

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(8)倒數(shù)向量的三角表達(dá)式

??由(7)可知:令:a=(x?,y?),那么:a=(cosα|a|,sinα|a|),α=<a,j>(j為y軸上的單位向量),所以我們同樣可以推斷計(jì)算倒數(shù)向量的三角表達(dá)式,并探究它的性質(zhì):

?可以推斷:x?/√〔x?2+y?2〕=cosα

那么?1/a=(cosα/|a|,sinα/|a|)

這也就是說:倒數(shù)向量可以由三角形式表示為:倒數(shù)向量的坐標(biāo)等于原向量的余弦和正弦值除以其模的商。

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(9)倒數(shù)向量的運(yùn)算三角表達(dá)式 ???????由(8)可知令:a=(x?,y?),b=(x?,y?),那么 1/a=(cosα/|a|,sinα/|a|),1/b=(cosθ/|b|,sinθ/|b|),α=<a,j>,θ=<bj>(j為y軸上的單位向量)。

那么有下面運(yùn)算:

(1/a)±1/b)=(〔cosα/|b|±cosθ/|a|〕/〔sinαcosα+sinθcosθ〕,〔sinα/|b|±sinθ/|a|〕/〔sinαcosα+sinθcosθ〕)

其他倒數(shù)向量計(jì)算也可以通過這樣的方法計(jì)算,有人會(huì)問了,這有什么用?來吧咱們探究一下有什么用吧!

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(10)倒數(shù)向量的運(yùn)算三角表達(dá)式的運(yùn)用

?令:a=(x?,y?),b=(x?,y?),那么 1/a=(cosα/|a|,sinα/|a|),1/b=(cosθ/|b|,sinθ/|b|),α=<a,j>,θ=<bj>(j為y軸上的單位向量)。

那么a/b=〔|a||b|(sinαsinθ+cosαcosθ)〕/|b|2=〔|a|(sinαsinθ+cosαcosθ)〕/|b|,α=<a,j>,θ=<b,j>(j為y軸上的單位向量)

由(2)得,設(shè)有a/b=(|a|cos?)/(|b|),?=<a,b>

所以sinαsinθ+cosαcosθ=cos?

即cos(α-θ)=cos?,即α-θ=?

如圖所示

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所以,我們可以較簡便地去推斷三角函數(shù)的一些計(jì)算,就像上面一樣,其實(shí)a=(x?,y?)=(cosα|a|,sinα|a|),只是一種表達(dá)形式,用于簡單的計(jì)算,是一個(gè)基礎(chǔ)變換工具,可以用于分析多種三角函數(shù)公式,用于簡單的推理。

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(11)運(yùn)算總結(jié):

令:a=(x?,y?),b=(x?,y?),則有

a/b=(x?x?+y?y?)/(x?2+y?2)

a/b=(|a|cosθ)/(|b|),θ=<a,b>。

③1/a=(x?/〔x?2+y?2〕,y?/〔x?2+y?2〕)

④(1/a)±(1/b)=(〔x?±x?〕/〔x?x?+y?y?〕,〔y?±y?〕/〔x?x?+y?y?〕)。

⑤1/a=(cosα/|a|,sinα/|a|)α=<aj>(j為y軸上的單位向量)

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(12)性質(zhì)總結(jié)

a=|a|cosθe

a?b? a/b=0

③當(dāng)ab同向:a/b=|a|/|b|,當(dāng)ab反向:a/b=-|a|/|b|。

④此外:|cosθ|≤1,則|a/b|≤|a|/|b|

a/b=1/(b/a

a/?b=(1/?)?(a/b

⑦(a+b)/c=(a/c)+(b/c)

⑧|1/a|=1/|a|

a/|a|=|a|/a

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后記:

前面所有推論均為個(gè)人理解,如有錯(cuò)誤或者改進(jìn)敬請讀者批評,個(gè)人接受所有批評改正,謝謝。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2023/3/18


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