目錄 ①又稱“矢量”。既有大小,又有方向的量。可用帶有方向的綫段來表示,綫段的長度表示嚮量 的大小,也稱“嚮量 的模”。在代數中,嚮量 常用n元有序數組(x1,x2,…,xn)來表示。嚮量 運算與一般數量運算不同,有嚮量 加法、嚮量 減法、數乘嚮量 、數量積和嚮量 積五種。嚮量 概念除了在數學上有重要意義外,在物理學中有廣泛應用,如力、速度、位移、電場強度等物理量都是嚮量 。
②綫性表的一種存儲結構。用一組連續的存儲單元依次存放綫性表中的各個數據元素。一個數據元素可占據一個或幾個存儲單元。嚮量 是一種可隨機存取的存儲結構,其中任一分量的存取時間相同。 我們知道,位移是既有大小又有方向的量.事實上,現實世界中,這種量是很多的,如力、速度、加速度等.我們把既有大小又有方向的量叫做嚮量 .亦稱矢量.
在綫性代數中的嚮量 是指,n個實數組成的有序數組稱為n維嚮量 .一般用α,β,γ等希臘字母表示.有時也用a,b,c,o,u,v,x,y等拉丁字母表示.
α=(a1,a2,…,an)稱為n維嚮量 .其中ai稱為嚮量 α的第i個分量.
("a1"的"1"為a的下標,"ai"的"i"為a的下標,其他類推) 標量和嚮量 是一對反義詞.標量是衹有大小但沒有方向的量.例如距離. 規定了方向和大小的量稱為嚮量 .嚮量 又稱為矢量,最初被應用於物理學.很多物理量如力、速度、位移以及電場強度、磁感應強度等都是嚮量 .大約公元前350年前,古希臘著名學者亞裏士多德就知道了力可以表示成嚮量 ,兩個力的組合作用可用著名的平行四邊形法則來得到.“嚮量 ”一詞來自力學、解析幾何中的有嚮綫段.最先使用有嚮綫段表示嚮量 的是英國大科學家牛頓. 在數學中,我們通常用點表示位置,用射綫表示方向.在平面內,從任一點出發的所有射綫,可以分別用來表示平面內的各個方向 嚮量 常用一條有嚮綫段來表示,有嚮綫段的長度表示嚮量 的大小,箭頭所指的方向表示嚮量 的方向.
嚮量 也可用字母a①、b、c等表示,或用表示嚮量 的有嚮綫段的起點和終點字母表示.
嚮量 的大小,也就是嚮量 的長度(或稱模),記作|a|長度為0的嚮量 叫做零嚮量 ,記作0.長度等於1個單位長度的嚮量 ,叫做單位嚮量 . 方向相同或相反的非零嚮量 叫做平行嚮量 .嚮量 a、b、c平行,記作a∥b∥c.我們規定0與任一嚮量 平行.
長度相等且方向相同的嚮量 叫做相等嚮量 .嚮量 a與b相等,記作a=b.零嚮量 與零嚮量 相等.任意兩個相等的非零嚮量 ,都可用同一條有嚮綫段來表示,並且與有嚮綫段的起點無關. 1、嚮量 的加法:
ab+bc=ac
設a=(x,y) b=(x',y')
則a+b=(x+x',y+y')
嚮量 的加法滿足平行四邊形法則和三角形法則。
嚮量 加法的性質:
交換律:
a+b=b+a
結合律:
(a+b)+c=a+(b+c)
a+0=0+a=a
2、嚮量 的減法
ab-ac=cb
a-b=(x-x',y-y')
若a//b
則a=eb
則xy`-x`y=0
若a垂直b
則ab=0
則xx`+yy`=0
3、嚮量 的乘法
設a=(x,x') b=(y,y')
a·b(點積)=x·x'+y·y' 在初中課改教材初三課本中學習
高一必修4裏學到 數學中,把衹有大小但沒有方向的量叫做數量(或純量),物理中常稱為標量。 數學中,既有大小又有方向的量叫做嚮量 (亦稱矢(shǐ)量)。
註:在綫性代數中的嚮量 是指n個實數組成的有序數組,稱為n維嚮量 。α=(a1,a2,…,an) 稱為n維嚮量 .其中ai稱為嚮量 α的第i個分量。
("a1"的"1"為a的下標,"ai"的"i"為a的下標,其他類推)。 1、代數表示:一般印刷用黑體小寫字母α、β、γ … 或a、b、c … 等來表示,手寫用在a、b、c…等字母上加一箭頭表示。
2、幾何表示:嚮量 可以用有嚮綫段來表示。有嚮綫段的長度表示嚮量 的大小,箭頭所指的方向表示嚮量 的方向。(若規定綫段AB的端點A為起點,B為終點,則綫段就具有了從起點A到終點B的方向和長度。這種具有方向和長度的綫段叫做有嚮綫段。)
3、坐標表示:
1,在平面直角坐標係中,分別取與x軸、y軸方向相同的兩個單位嚮量 i,j作為一組基底。a為平面直角坐標係內的任意嚮量 ,以坐標原點O為起點作嚮量 OP=a。由平面嚮量 基本定理知,有且衹有一對實數(x,y),使得 a=嚮量 OP=xi+yj,因此把實數對(x,y)叫做嚮量 a的坐標,記作a=(x,y)。這就是嚮量 a的坐標表示。其中(x,y)就是點P的坐標。嚮量 OP稱為點P的位置嚮量 。
2,在立體三維坐標係中,分別取與x軸、y軸,z軸方向相同的3個單位嚮量 i,j, k作為一組基底。若a為該坐標係內的任意嚮量 ,以坐標原點O為起點作嚮量 OP=a。由空間基本定理知,有且衹有一對實數(x,y, z),使得 a=嚮量 OP=xi+yj+zk,因此把實數對(x,y, k)叫做嚮量 a的坐標,記作a=(x,y, z)。這就是嚮量 a的坐標表示。其中(x,y, k),也就是點P的坐標。嚮量 OP稱為點P的位置嚮量 。
3,當然,對於空間多維嚮量 ,可以通過類推得到,此略. 嚮量 的大小,也就是嚮量 的長度(或稱模)。嚮量 a的模記作|a|。
註:
1、嚮量 的模是非負實數,是可以比較大小的。
2、因為方向不能比較大小,所以嚮量 也就不能比較大小。對於嚮量 來說“大於”和“小於”的概念是沒有意義的。例如,“嚮量 AB>嚮量 CD”是沒有意義的。 單位嚮量
長度為單位1的嚮量 ,叫做單位嚮量 .與嚮量 a同嚮且長度為單位1的嚮量 ,叫做a方向上的單位嚮量 ,記作a0,a0=a/|a|。
零嚮量
長度為0的嚮量 叫做零嚮量 ,記作0.零嚮量 的始點和終點重合,所以零嚮量 沒有確定的方向,或說零嚮量 的方向是任意的。
相等嚮量
長度相等且方向相同的嚮量 叫做相等嚮量 .嚮量 a與b相等,記作a=b.
規定:所有的零嚮量 都相等.
當用有嚮綫段表示嚮量 時,起點可以任意選取。任意兩個相等的非零嚮量 ,都可用同一條有嚮綫段來表示,並且與有嚮綫段的起點無關.同嚮且等長的有嚮綫段都表示同一嚮量 。
自由嚮量
始點不固定的嚮量 ,它可以任意的平行移動,而且移動後的嚮量 仍然代表原來的嚮量 。
在自由嚮量 的意義下,相等的嚮量 都看作是同一個嚮量 。
數學中衹研究自由嚮量 。
滑動嚮量
沿着直綫作用的嚮量 稱為滑動嚮量 。
固定嚮量
作用於一點的嚮量 稱為固定嚮量 (亦稱膠着嚮量 )。
位置嚮量
對於坐標平面內的任意一點P,我們把嚮量 OP叫做點P的位置嚮量 ,記作:嚮量 P。 與a長度相等、方向相反的嚮量 叫做a的相反嚮量 ,記作-a。有 -(-a)=a;
零嚮量 的相反嚮量 仍是零嚮量 。
平行嚮量
方向相同或相反的非零嚮量 叫做平行(或共綫)嚮量 .嚮量 a、b平行(共綫),記作a∥b.
零嚮量 長度為零,是起點與終點重合的嚮量 ,其方向不確定,我們規定:零嚮量 與任一嚮量 平行.
平行於同一直綫的一組嚮量 是共綫嚮量 。
共面嚮量
平行於同一平面的三個(或多於三個)嚮量 叫做共面嚮量 。
空間中的嚮量 有且衹有一下兩種位置關係:⑴共面;⑵不共面。
衹有三個或三個以上嚮量 纔談共面不共面。 設a=(x,y),b=(x',y')。
1、嚮量 的加法
嚮量 的加法滿足平行四邊形法則和三角形法則。
AB+BC=AC。
a+b=(x+x',y+y')。
a+0=0+a=a。
嚮量 加法的運算律:
交換律:a+b=b+a;
結合律:(a+b)+c=a+(b+c)。
2、嚮量 的減法
如果a、b是互為相反的嚮量 ,那麽a=-b,b=-a,a+b=0. 0的反嚮量 為0
AB-AC=CB. 即“共同起點,指嚮被減”
a=(x,y) b=(x',y') 則 a-b=(x-x',y-y').
3、數乘嚮量
實數λ和嚮量 a的乘積是一個嚮量 ,記作λa,且∣λa∣=∣λ∣·∣a∣。
當λ>0時,λa與a同方向;
當λ<0時,λa與a反方向;
當λ=0時,λa=0,方向任意。
當a=0時,對於任意實數λ,都有λa=0。
註:按定義知,如果λa=0,那麽λ=0或a=0。
實數λ叫做嚮量 a的係數,乘數嚮量 λa的幾何意義就是將表示嚮量 a的有嚮綫段伸長或壓縮。
當∣λ∣>1時,表示嚮量 a的有嚮綫段在原方向(λ>0)或反方向(λ<0)上伸長為原來的∣λ∣倍;
當∣λ∣<1時,表示嚮量 a的有嚮綫段在原方向(λ>0)或反方向(λ<0)上縮短為原來的∣λ∣倍。
數與嚮量 的乘法滿足下面的運算律
結合律:(λa)·b=λ(a·b)=(a·λb)。
嚮量 對於數的分配律(第一分配律):(λ+μ)a=λa+μa.
數對於嚮量 的分配律(第二分配律):λ(a+b)=λa+λb.
數乘嚮量 的消去律:① 如果實數λ≠0且λa=λb,那麽a=b。② 如果a≠0且λa=μa,那麽λ=μ。
4、嚮量 的數量積
定義:已知兩個非零嚮量 a,b。作OA=a,OB=b,則角AOB稱作嚮量 a和嚮量 b的夾角,記作〈a,b〉並規定0≤〈a,b〉≤π
定義:兩個嚮量 的數量積(內積、點積)是一個數量,記作a·b。若a、b不共綫,則a·b=|a|·|b|·cos〈a,b〉;若a、b共綫,則a·b=+-∣a∣∣b∣。
嚮量 的數量積的坐標表示:a·b=x·x'+y·y'。
嚮量 的數量積的運算律
a·b=b·a(交換律);
(λa)·b=λ(a·b)(關於數乘法的結合律);
(a+b)·c=a·c+b·c(分配律);
嚮量 的數量積的性質
a·a=|a|的平方。
a⊥b 〈=〉a·b=0。
|a·b|≤|a|·|b|。(該公式證明如下:|a·b|=|a|·|b|·|cosα| 因為0≤|cosα|≤1,所以|a·b|≤|a|·|b|)
嚮量 的數量積與實數運算的主要不同點
1、嚮量 的數量積不滿足結合律,即:(a·b)·c≠a·(b·c);例如:(a·b)^2≠a^2·b^2。
2、嚮量 的數量積不滿足消去律,即:由 a·b=a·c (a≠0),推不出 b=c。
3、|a·b|≠|a|·|b|
4、由 |a|=|b| ,推不出 a=b或a=-b。
5、嚮量 的嚮量 積
定義:兩個嚮量 a和b的嚮量 積(外積、叉積)是一個嚮量 ,記作a×b。若a、b不共綫,則a×b的模是:∣a×b∣=|a|·|b|·sin〈a,b〉;a×b的方向是:垂直於a和b,且a、b和a×b按這個次序構成右手係。若a、b共綫,則a×b=0。
嚮量 的嚮量 積性質:
∣a×b∣是以a和b為邊的平行四邊形面積。
a×a=0。
a∥b〈=〉a×b=0。
嚮量 的嚮量 積運算律
a×b=-b×a;
(λa)×b=λ(a×b)=a×(λb);
(a+b)×c=a×c+b×c.
註:嚮量 沒有除法,“嚮量 AB/嚮量 CD”是沒有意義的。
6、三嚮量 的混合積
定義:給定空間三嚮量 a、b、c,嚮量 a、b的嚮量 積a×b,再和嚮量 c作數量積(a×b)·c,所得的數叫做三嚮量 a、b、c的混合積,記作(a,b,c)或(abc),即(abc)=(a,b,c)=(a×b)·c
混合積具有下列性質:
1、三個不共面嚮量 a、b、c的混合積的絶對值等於以a、b、c為棱的平行六面體的體積V,並且當a、b、c構成右手係時混合積是正數;當a、b、c構成左手係時,混合積是負數,即(abc)=εV(當a、b、c構成右手係時ε=1;當a、b、c構成左手係時ε=-1)
2、上性質的推論:三嚮量 a、b、c共面的充要條件是(abc)=0
3、(abc)=(bca)=(cab)=-(bac)=-(cba)=-(acb)
4、(a×b)·c=a·(b×c)
嚮量 的三角形不等式
1、∣∣a∣-∣b∣∣≤∣a+b∣≤∣a∣+∣b∣;
① 當且僅當a、b反嚮時,左邊取等號;
② 當且僅當a、b同嚮時,右邊取等號。
2、∣∣a∣-∣b∣∣≤∣a-b∣≤∣a∣+∣b∣。
① 當且僅當a、b同嚮時,左邊取等號;
② 當且僅當a、b反嚮時,右邊取等號。
定比分點
定比分點公式(嚮量 P1P=λ·嚮量 PP2)
設P1、P2是直綫上的兩點,P是l上不同於P1、P2的任意一點。則存在一個實數 λ,使 嚮量 P1P=λ·嚮量 PP2,λ叫做點P分有嚮綫段P1P2所成的比。
若P1(x1,y1),P2(x2,y2),P(x,y),則有
OP=(OP1+λOP2)(1+λ);(定比分點嚮量 公式)
x=(x1+λx2)/(1+λ),
y=(y1+λy2)/(1+λ)。(定比分點坐標公式)
我們把上面的式子叫做有嚮綫段P1P2的定比分點公式
三點共綫定理
若OC=λOA +μOB ,且λ+μ=1 ,則A、B、C三點共綫
三角形重心判斷式
在△ABC中,若GA +GB +GC=O,則G為△ABC的重心 若b≠0,則a//b的重要條件是存在唯一實數λ,使a=λb。
a//b的重要條件是 xy'-x'y=0。
零嚮量 0平行於任何嚮量 。 a⊥b的充要條件是 a·b=0。
a⊥b的充要條件是 xx'+yy'=0。
零嚮量 0垂直於任何嚮量 . 嚮量 (或矢量),最初被應用於物理學.很多物理量如力、速度、位移以及電場強度、磁感應強度等都是嚮量 .大約公元前350年前,古希臘著名學者亞裏士多德就知道了力可以表示成嚮量 ,兩個力的組合作用可用著名的平行四邊形法則來得到.“嚮量 ”一詞來自力學、解析幾何中的有嚮綫段.最先使用有嚮綫段表示嚮量 的是英國大科學家牛頓.
課本上討論的嚮量 是一種帶幾何性質的量,除零嚮量 外,總可以畫出箭頭表示方向.但是在高等數學中還有更廣泛的嚮量 .例如,把所有實係數多項式的全體看成一個多項式空間,這裏的多項式都可看成一個嚮量 .在這種情況下,要找出起點和終點甚至畫出箭頭表示方向是辦不到的.這種空間中的嚮量 比幾何中的嚮量 要廣泛得多,可以是任意數學對象或物理對象.這樣,就可以指導綫性代數方法應用到廣阔的自然科學領域中去了.因此,嚮量 空間的概念,已成了數學中最基本的概念和綫性代數的中心內容,它的理論和方法在自然科學的各領域中得到了廣泛的應用.而嚮量 及其綫性運算也為“嚮量 空間”這一抽象的概念提供出了一個具體的模型.
從數學發展史來看,歷史上很長一段時間,空間的嚮量 結構並未被數學家們所認識,直到19世紀末20世紀初,人們纔把空間的性質與嚮量 運算聯繫起來,使嚮量 成為具有一套優良運算通性的數學體係.
嚮量 能夠進入數學並得到發展,首先應從復數的幾何表示談起.18世紀末期,挪威測量學家威塞爾首次利用坐標平面上的點來表示復數a+bi,並利用具有幾何意義的復數運算來定義嚮量 的運算.把坐標平面上的點用嚮量 表示出來,並把嚮量 的幾何表示用於研究幾何問題與三角問題.人們逐步接受了復數,也學會了利用復數來表示和研究平面中的嚮量 ,嚮量 就這樣平靜地進入了數學.
但復數的利用是受限製的,因為它僅能用於表示平面,若有不在同一平面上的力作用於同一物體,則需要尋找所謂三維“復數”以及相應的運算體係.19世紀中期,英國數學家哈密爾頓發明了四元數(包括數量部分和嚮量 部分),以代表空間的嚮量 .他的工作為嚮量 代數和嚮量 分析的建立奠定了基礎.隨後,電磁理論的發現者,英國的數學物理學家麥剋思韋爾把四元數的數量部分和嚮量 部分分開處理,從而創造了大量的嚮量 分析.
三維嚮量 分析的開創,以及同四元數的正式分裂,是英國的居伯斯和海維塞德於19世紀8O年代各自獨立完成的.他們提出,一個嚮量 不過是四元數的嚮量 部分,但不獨立於任何四元數.他們引進了兩種類型的乘法,即數量積和嚮量 積.並把嚮量 代數推廣到變嚮量 的嚮量 微積分.從此,嚮量 的方法被引進到分析和解析幾何中來,並逐步完善,成為了一套優良的數學工具. 物理學上用來表明既有數量大小,又有方向性的量叫做嚮量 (Vector),亦稱矢量。心肌細胞在除極和復極的過程中形成電偶,電偶既有數量大小,又有方向性,稱為電偶嚮量 。電偶嚮量 可以看作是單個心肌細胞的心電嚮量 ,它的數量大小就是電偶的電動勢,取决於電偶兩極電荷聚集的數目,數目越多,電動勢就越大,反之,則越小。心電嚮量 的方向就是電偶的方向。電偶嚮量 可用箭矢來表示,箭桿的長度表示嚮量 的大小,箭頭表示嚮量 的方向(電源),箭尾表示電穴。因為心肌的除極是從心內膜面開始指嚮心外膜面,所以嚮量 的方向是電源在前(箭頭),電穴在後(箭尾)。復極時,因為先除極的部位先復極,所以電穴在前電源在後。而心肌復極從心外膜開始,指嚮心內膜,因此復極嚮量 與除極一致。
一片心肌是由多個心肌細胞所組成,除極與復極時會産生很多個電偶嚮量 ,把它們疊加在一起成為一個電偶嚮量 ,這就是綜合心電嚮量 。心髒是由幾個部分心肌組成的,除極時,是不同方向的電偶嚮量 同時活動,各自産生不同方向的電動力,把幾個不同方向的心電嚮量 綜合成一個嚮量 ,就代表整個心髒的綜合心電嚮量 。
在心電活動周期中,各部心肌除極與復極有一定的順序,每一瞬間均有不同部位的心肌的心電活動,例如:心室除極時0.01s,0.02s~0.08s的心電嚮量 在某一瞬間又有衆多的心肌細胞産生方向不盡相同的電偶嚮量 ,把這些電偶嚮量 按平行四邊形法依次加以綜合,這個最後綜合而成的嚮量 稱為瞬間綜合心電嚮量 。心髒是立體器官,它産生的瞬間嚮量 在空間朝嚮四面八方,把一瞬間綜合心電嚮量 的尖端構成一點,則在整個心電周期中隨着時間的推移,把移動的各點連接起來的環形軌跡就構成空間心電嚮量 環即空間嚮量 心電圖
空間心量嚮量 環是一個立體圖形,在平面紙上描繪立體圖形是睏難的,通常采用空間心電嚮量 環在三個不同的互相垂直的平面的投影來觀察。所謂投影,就是與某一平面垂直的平行光綫照在心電嚮量 環上,此嚮量 環在這個平面上形成的影像稱為投影。然後把投影在每一面的形態繪成平面圖,由這三個平面圖組成空間立體圖象。此即臨床上常規記錄的心電嚮量 圖。亦稱空間嚮量 環的第一次投影。
臨床上常用的三個平面(額面、橫面、矢狀面)由三個軸(Y軸、X軸、Z軸)組成的(見圖14-2-5及註解)。以橫面為例簡述心電嚮量 圖的基本圖形如下:
P環亦稱P嚮量 環,代表心房肌除極過程,其綜合嚮量 的方向(P電軸)指嚮左下稍偏前。
QRS環代表心室肌的除極過程,環體橢園形,呈逆鐘嚮運行,總時間約0.08s,三分之一位於x軸之前,三分之二位於X軸之後,其綜合嚮量 的方向(QRS電軸)指嚮左後。根據其除極順序的先後又分為:①室間隔除極,又稱初始嚮量 或0.01s嚮量 。心室除極首先開始於室間隔左側中1/3處自左嚮右除極,除極嚮量 指嚮右前(約110°左右)。②尖部除極。當心室除極到0.02s時,衝動擴展到心尖部,此時左右心尖部同時進行除極,其綜合嚮量 指嚮前下。③左心室除極在除極開始後0.04s左右,室間隔和右室的絶大部分已除極完畢,衹有左室側壁和右室後基底部除極仍在進行,所以又稱0.04s嚮量 或最大嚮量 ,其方向指嚮左後。④基底部除極當除極至0.06s時,衹剩下左室後基底部和室間隔的一小塊基底部除極仍在進行,故又稱終末嚮量 ,其方向指嚮右後(相當於265度左右)。
T環代表心室肌的復極過程,其綜合嚮量 的方向指嚮左前與QRS環電軸方向基本一致,反映在心電圖R波為主的導聯中T波是直立的。這與前文闡述的單個心肌細胞的除極與復有嚮量 方向相反的說法似乎有矛盾之處。目前認為,心室復極過程與除極過程有所不同,它與傳導係統無關,而與心肌的代謝功能有密切關係。一般地說,溫度高,壓力小,供血好的部位,其細胞復極就快些。心外膜與心內膜比較,符合這三個條件,所以,心外膜復極快。由於心外膜早於心內膜復極,這樣,其電偶嚮量 的電源在心外膜側,電穴在心內膜側,即心室復極的嚮量 指嚮心外膜,因此心室除極與復極的方向一致。
嚮量 與矢量的一些區別: 學過高中物理便知道矢量,學過高等代數便知道嚮量 ,兩個相似的概念其實是存在不同的。 矢量是一個幾何中的概念,表示一個具有方向和大小的量,有起點和終點。從矢量的幾何定義出發,是很難研究的。順應數學中幾何概念代數化的潮流,顯然把矢量的概念用代數方法來表示,就好量化地定義矢量的運算並進一步研究各種復雜的運算(加乘帶微分)。笛卡爾同學是個好同學,坐標係的出現方便了矢量的代數定義。把一個矢量r放置在一個人為規定的坐標係下,3維坐標係的x-y-z軸上分別有了3個基矢量i-j-k(長度為1),把這個矢量的起點和終點嚮三個軸上投影,得到三個投影矢量a*i,b*j,c*k,那麽a,b,c(屬於R)便是矢量r在這個坐標係下的坐標,即r=[a b c]*transpose[i j k]=[i j k]*transpose[a b c]。如此講來,基本把人搞暈,來點兒幹脆的,就是把矢量r平移使得其起點與坐標係原點重合,則其終點的坐標就是這個矢量的坐標,以坐標係原點為起點的矢量被稱為矢徑。矢量的坐標transpose[a b c](即矢量的代數定義)便是代數學中常常出現的嚮量 。兩個概念常常被混為一談是不對的,不僅僅因為矢量是幾何概念而嚮量 是代數概念,而且嚮量 在代數中早就被擴充到n維,早已超出了現實生活3維空間的限製。另外,一個矢量或者說一個點(當矢量為矢徑時,矢量就跟其終點一一對應)是客觀存在,在不同的坐標係下將有不同的坐標表示,也就是說,一個矢量或者一個點可以有很多(無窮)嚮量 與其對應。記住嚮量 (3維及其以下)是矢量的代數表示就可以了。
有了代數定義,自然而然就要以嚮量 去對應着研究矢量的運算,目前看來,矢量運算包括加(減)、點乘和叉乘和對時間求導。加和乘是在高等數學裏見過的,而矢量求導運算是在本科的數學課程中沒有見過的(至少我沒在本科見過,說到這兒我又要鄙視當時的本科教育了),矢量的求導運算是研究剛體運動學和相對運動的基礎(除非衹會刨木頭),在理論力學中有講。需要註意的是,矢量叉乘的結果仍是一個矢量,這個新矢量的坐標(嚮量 )的計算是與被乘矢量對應的一個反對稱矩陣有關。同一個矢量在不同坐標係下坐標(嚮量 )不同,坐標的變換需要依賴一個方向餘弦陣,機器人學中又稱旋轉矩陣。 xiangliang
嚮量
vector
一種既有大小又有方向的量。又稱為矢量。例如在物理學中的速度、加速度、力等等就是這樣的量。捨棄實際含義,就抽象為數學中的概念──嚮量 。
下面限於三維歐氏空間中來討論。
嚮量 的表示法 通常可以用幾何的或代數的方法來表示嚮量 。
嚮量 的幾何表示法 從空間中任意一點 □出發引一半射綫□□,並在其上另取一點□,則有嚮綫段□□就代表一嚮量 (圖1嚮量 的幾何表示),簡記為□,或用□表示;這嚮量 的大小就是綫段□□的長,其方向就是半射綫□的方向。嚮量 □的大小稱為它的模或絶對值,記為□。
一般說來,如果嚮量 □的起點□換作另一點□□,終點也換作另一點□□,使□□∥□□□□,且它們的指嚮也相同,又長度□則認為嚮量 □與嚮量 □是相等或相同的嚮量 :□,仍可記為□。這樣理解的嚮量 有時也稱為自由嚮量 (起點可自由改變)。當然根據實際情況,有時嚮量 的起點不能隨便改變(例如,如果嚮量 □代表一個力,其起點□代表力的作用點,這時起點就不能隨意改變),這種嚮量 有時稱為固端嚮量 。這裏一般衹考慮自由嚮量 。
一種特殊情況須加註意,就是□=□的情況,這時嚮量 □稱為零嚮量 ,記為0。零嚮量 的模為0,而且無確定方向。
按照前面自由嚮量 的觀點,規定兩嚮量 □,□相等的充分必要條件是:|□|=|□|,且(如果它們不是零嚮量 )□,□的方向(包括指嚮)相同。
如果嚮量 □,□(都≠0)所在直綫平行或重合,則稱□與□平行,□記作□∥□。嚮量 -□指的是其模與□的模相等、且與□平行但指嚮相反的嚮量 。如果嚮量 □,□所在直綫互相垂直,則稱□與□互相垂直或正交,記作□⊥□。
此外還規定,任何嚮量 □都與零嚮量 0既平行又垂直。
根據定義,任何嚮量 □與它自身平行。
如果嚮量 □的模等於1(|□|=1),則稱□為一單位嚮量 。
嚮量 的代數表示法 嚮量 的幾何表示法既直觀又簡單。但作為一種數學量,嚮量 要參加運算,這種表示法有時就極不方便。下面嚮量 的代數表示法就可剋服這一睏難。
在空間取定一右手坐標係(當然也可取左手坐標係,但為確定起見,不取左手係),如圖2 嚮量 的坐標表示。已給一嚮量 □。把它的起點取在坐標原點□處,其終點為□。把有嚮綫段□□投影到三坐標軸□,□,□上,分別得投影□□□,□□□,□□□,它們的有嚮長□,□,□分別稱為□在□軸、□軸、□軸上的三個分量,而把□表示為
□ (1)這便是嚮量 □的代數表示法。(□,□□,□)實際上就是□點在□□□□坐標係中的坐標。反過來,給定空間一點□ (□,□,□),由(1)式就可定義一嚮量 □□,使其三個分量依次為□,□,□。
零嚮量 0的三個分量都是0:0={0,0,0}。
由定義還可知,如果嚮量 □以(1)式給出,則
□
如果嚮量 □的起點取在□□{□□,□□,□□}點,而終點為□□{□□,□□,□□},則其代數表示為
□ (2)
當坐標係作平移時,嚮量 的代數表示不變。當坐標係在討論過程中始終固定不變時,則也可把(1)式,即三個有順序的數□,□,□作為嚮量 的定義。
嚮量 的代數運算 嚮量 作為一種數學量可以進行某些代數運算,如加法、減法、乘法等。這些運算方法都有實際背景,因此在實際上是有意義的,應用時是有效的。
嚮量 的數乘 嚮量 □與一(實)數□的乘法規定如下:定義□□為一嚮量 ,其模
□且與□平行;當□>0時,其指嚮與□的相同;當□ □
如果用代數表示法,則若□={□,□,□},便有
□
嚮量 的數乘是符合結合律的, : Xiang Liang n.: vector, vectors, vector quantity 矢量 射影幾何 投影 數學 物理 物理學 矢量 空間 科學 三維 矩陣 百科辭典 百科大全 代數 綫性代數 經濟百科 運算法則 更多結果...