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空间直角坐标系与向量

更新时间:作者:小小条

一、空间直角坐标系


空间直角坐标系与向量




二、空间中点的坐标与两点间的距离

1.空间中点的坐标


a. M(x,y,z)关于z=0平面对称点为M'(x,y,-z)

b. M关于x轴的对称点是M"(x,-y,-z)

c. M关于原点的对称点M"'(-x-y,-z)

2.空间中两点的距离


M到原点的距离为

d=|OM|=√x^2+y^2+z^2


空间中两点P1(x1,y1,z1)和P2(x2,y2,z2),其距离d=|P1P2|=√(x2-x1)^2+(y2-y1)^2+(z2-z1)^2

例1:证明A(4,3,1),B(7,1,2),C(5,2,3)为顶点的三角形△ABC是一等腰三角形

由于|BC|=|CA|=6,所以△ABC是等腰三角形。

例2 在x轴上求与A(-2,1,1)和B(0,1,2)等距离的点。

解:点P在x轴上,设该点P(x,0,0),有|PA|=|PB|


解得x=-1/4,所求的点为M(-1/4,0,0)

三、向量的概念

1.向量:既有大小,又有方向的量。向量又称为矢量。

向量的例子:力、速度、加速度、位移、力矩、…

2.数量:自由大小,没有方向的量。

如:温度、质量、长度、密度、时间…


如果向量a和向量b的大小和方向都相同,则两个相等即平移后能完全重合。

向量的大小叫做向量的模,记作|AB|

模等于1的向量叫做单位向量.

模等于零的向量叫做零向量,记作0.

零向量的起点与终点重合,方向是任意的。

与非零向量a同向的单位向量记作向量ea=a/|a|


两个向量的方向相同或相反,称这两个向量平行,记作a//b.

四、向量的线性运算

1.向量的加减法

力的合力


平行四边形法则


三角形法则


当n个向量a1,a2,……an首位相接时,连接a1的起点和an的终点的向量即为a1+a2+……+an。

规定向量的差为:a-b=a+(-b)


向量加法满足

(1)交换律 a+b=b+a

(2) 结合律 (a+b)+c=a+(b+c)

2.数乘向量


数乘的向量满足:


向量的加减运算和数乘运算统称为向量的线性运算。

例:在平行四边形ABCD中,设AB=a,AC=b,试用a和b表示向量表示向量MA,MB,MC,MD,其中M是平行四边形对角线的交点。


MA=-1/2(a+b) MC=1/2(b-a)

MD=1/2(b+a) MB=1/2(a-b)

定理9-1 两个非零向量a和b是平行的充要条件是:存在唯一实数λ,使得b=λa

五、向量坐标表达式



设x轴、y轴、z轴正向的单位向量分别为i,j,k.

OM=OP+PN+NM

=OP+OQ+OR

=xi+yj+zk

=(x,y,z)

总结


六、向量的模、方向角、投影

1.向量的模与ea



设向量r=(x,y,z),作r=OM,

|r|=|OM|=(OP^2+OQ^2+OR^2)^1/2

=(x^2+y^2+z^2)^1/2

ea=a/|a|

2.方向角与方向余弦

(1)向量的夹角




非零向量r与三条坐标轴正向的夹角α,β,γ称为向量r的方向角,cosα,cosβ,cosγ称为向量r的方向余弦。


2.方向角与方向余弦



a={x,y,z} cosα=x/|a| cosβ=y/|a| cosγ=z/|a|



若是

向量r的方向余弦就是与r同方向的单位向量,即er=(cosα,cosβ,cosγ)。

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