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    矢量_加减矢量_矢量的量值_矢量与标量_矢量乘以标量

    发布时间:2020-11-03 14:24:38 作者:冬青好 

      这是个矢量:

    20201103135214.png

      矢量有量值(大小)及方向:

    20201103135255.png

      线的长度代表矢量的量值,而箭头指着它的方向。

      把两个矢量相加就是把它们头尾连接起来:

    20201103135403.png

      相加(连接)的次序不重要,结果是一样的:

    20201103135445.png

      例子:飞机向北飞,风从西北吹来。

    20201103135542.png

      两个矢量(螺旋桨带动飞机的速度和风的速度)加起来的速度是:慢一点的地速和向北偏东的方向。

      从地上看,飞机向前飞时,有一点向侧面移动。

    20201103135625.png

      你以前有没有看过这样的情形?例如,小鸟在逆风时好像是侧向飞行。了解矢量之后,你就会知道为什么了。

      速度、加速度、力 和很多其他的东西都是矢量。

      减
      我们也可以用把一个矢量减去另一个矢量:
      先把要减去的矢量倒转方向,
      然后相加:

    20201103135802.png

      矢量通常是以 粗体 字母来记录,像 a 或 b。

      矢量也可以写成                                                                               
      它的头(始点)和尾(终点)的字母,上面再放个箭头,像这样:20201103135906.png矢量记法 a=AB、头、尾l

      运算
      我们怎样做矢量的运算呢?

      最常用的方法是先把矢量拆分为 x部分 与 y部分,像这样:20201103140029.png

      矢量 xy 部分,矢量 a 被分拆为,两个矢量:ax 和 ay
    (我们会在 下面 解释。)

      加矢量
      加矢量的做法是: 加 x部分 和 加 y部分:

    20201103140145.png

    矢量 (8,13) 和 矢量 (26,7) 加起来是 矢量 (34,20)

      例子:把矢量 a = (8,13) 和 b = (26,7) 相加

      c = a + b

      c = (8,13) + (26,7) = (8+26,13+7) = (34,20)

      减矢量
      先把要减去的矢量倒转,然后和另一个矢量相加。

      例子:把 k = (4,5) 从 v = (12,2) 减去

      a = v + −k

      a = (12,2) + −(4,5) = (12,2) + (−4,−5) = (12−4,2−5) = (8,−3)

      矢量的量值
      矢量两旁有垂直线条代表它的量值:

    |a|

      也可以用双垂直线条,以免和绝对值混淆:

    ||a||

      我们用 勾股定理 来求矢量的量值:

    |a| = √( x2 + y2 )

      例子:矢量 b = (6,8) 的量值是多少?

      |b| = √(
    62 + 82 ) = √( 36+64 ) = √100 = 10

      量值为 1 的矢量称为 单位矢量。

      矢量与标量,标量 只有量值 (大小)。

      标量:只是一个数(像 7 或 −0.32)…… 不是矢量。

      矢量 有 量值 和 方向,通常用 粗体 来写,以区别于 标量:

      所以 c 是矢量,有量值和方向
      但 c 只一个值,像 3 或 12.4

      例子:kb 是 标量 k 乘以 矢量 b。

      矢量乘以标量
      把矢量乘以标量的运算是叫 "缩放" 矢量,因为这运算改变了矢量的大小。

      例子:把矢量 m = (7,3) 乘以标量 3

    20201103140653.png

    a = 3m = (3×7,3×3) = (21,9)矢量缩放        

      它还是指向同一方向,但长了 3 倍,

      矢量乘以矢量(点积和叉积)

     

    点积量值和角

     

    怎样把两个矢量相乘?有两一个方法!

    标积(也称点积) (结果是标量)。
    矢积(也称叉积) (结果是标量)。
    (阅读这些网页来了解更多。)

      多过 2维
      矢量在 3维或更高也适用:

    20201103141222.png

      例子:把矢量 a = (3,7,4) 和 b = (2,9,11) 相加
      c = a + b
      c = (3,7,4) + (2,9,11) = (3+2,7+9,4+11) = (5,16,15)

      例子:矢量 w = (1,−2,3) 的量值是多少?
      |w| = √( 12 + (−2)2 + 32 ) = √( 1+4+9 ) = √14

      以下是 4维 的例子(但画不出来!):

      例子:把 (1,2,3,4) 从 (3,3,3,3) 减去
      (3,3,3,3) + −(1,2,3,4)
      = (3,3,3,3) + (−1,−2,−3,−4)
      = (3−1,3−2,3−3,3−4)
      = (2,1,0,−1)

      量值与方向
      我们可能知道矢量的量值和方向,但需要它的 x 和 y 长度(或相反):

    矢量 极 <=> 矢量 笛卡儿
    极坐标里的 
    矢量 a
      迪卡儿坐标里的
    矢量 a

      在极坐标和迪卡儿坐标 里你可以查阅怎样转换他们,以下是一个摘要:

    极坐标 (r,θ) 
    转换为 迪卡儿坐标 (x,y)
      迪卡儿坐标 (x,y) 
    转换为 极坐标 (r,θ)
    • x = r × cos( θ )
    • y = r × sin( θ )
     
    • r = √ ( x2 + y2 )
    • θ = tan-1 ( y / x )
    点积量值和角

     

    例子
    小山 和 小王在拖一个箱子。

    小山 以 200牛顿 的力向 60°的方向拉
    小王 以 120牛顿 的力向 45°的方向拉 (如图)
    两个人的力合起来有多大,方向是什么?

      我们来把两个矢量头尾连接起来:

    20201103142111.png

      先从极坐标转换为迪卡儿坐标 (保留两位小数):

      小山 的 矢量:

      x = r × cos( θ ) = 200 × cos(60°) = 200 × 0.5 = 100
      y = r × sin( θ ) = 200 × sin(60°) = 200 × 0.8660 = 173.21
      小王 的 矢量:

      x = r × cos( θ ) = 120 × cos(-45°) = 120 × 0.7071 = 84.85
      y = r × sin( θ ) = 120 × sin(-45°) = 120 × -0.7071 = −84.85

      像这样:

    20201103142224.png

      相加:

      (100, 173.21) + (84.85, −84.85) = (184.85, 88.36)

      这是正确的答案,不过最好把它转换回极坐标,因为问题本来是用极坐标的:

      r = √ ( x2 + y2 ) = √ ( 184.852 + 88.362 ) = 204.88
      θ = tan-1 ( y / x ) = tan-1 ( 88.36 / 184.85 ) = 25.5°
      答案(舍入后)是:

    20201103142326.png

    小山和小王的情形是这样的:

    20201103142406.png

      如果他们肩并肩地站立拉得会更有力!

    更新:20210423 104213     


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