第 1 关只说“5 米”,真的够吗?
先从一个迷路现场开始。
朋友说:“我离你 5 米。”你还是找不到他。因为他可能在东边,也可能在西边。
要把位置变化说清楚,得同时给两件事:走多远,以及往哪走。这种既有大小又有方向的量,叫向量。
箭头怎么读箭尾是起点,箭头是终点。a = AB→ 表示“从 A 走到 B”。箭的长度是 |a|,也叫向量的模。
热身:下面哪个信息已经能唯一说清一次位移?
顺手分清路程、温度、面积只有大小,是数量;位移、速度、力还带方向,是向量。向量不能比较“谁更大”,只能比较模。
第 2 关箭头挪个地方,还是它吗?
相等看两样,共线只看一样。
相等向量大小相等,方向也相同。箭头放在哪儿不重要。
共线向量方向相同或相反。它们所在直线平行或重合。
零向量记作 0,大小是 0,方向不确定。它和任何向量都共线。
别把“平行”听成“同向”a ∥ b 允许同向,也允许反向。只有“相等”才必须同向、等长。
三句话,选出正确的两句:
第 3 关把两次移动接起来
直接拖两个箭头。蓝色是 a,橙色是 b,绿色是 a + b。
拖蓝、橙箭头的圆点
a
b
a + b
坐标其实很老实:横坐标加横坐标,纵坐标加纵坐标。
(x₁, y₁) + (x₂, y₂) = (x₁ + x₂, y₁ + y₂)
按现在画面,填出 a + b:
a + b =(,)
第 4 关减法、数乘和坐标运算
所有运算都落回“每个坐标各算各的”。
减法a − b = a + (−b)。
减 b,就是加一支反向、等长的 b。
减 b,就是加一支反向、等长的 b。
数乘λa 把长度变成 |λ| 倍。λ<0 时,箭头还会掉头。
a − b = (x₁ − x₂, y₁ − y₂)
λa = (λx₁, λy₁)
λa = (λx₁, λy₁)
随机练一题:
答案(,)
第 5 关数量积:看两支箭头有多“同路”
拖橙色箭头绕一圈。角度、正负和投影会一起变。
拖橙色圆点
夹角 θ
a · b
正 / 零 / 负
a · b = |a||b|cosθ = x₁x₂ + y₁y₂
你来判断:夹角是钝角时,a · b 应该是什么符号?
第 6 关易错岔路口:平行还是垂直?
这是整页最大的坑。两条公式长得像,用途完全不同。
判共线(平行)x₁y₂ − x₂y₁ = 0
看的是二维“交叉乘”相减。
看的是二维“交叉乘”相减。
判垂直x₁x₂ + y₁y₂ = 0
就是数量积等于 0。
就是数量积等于 0。
口令平行:交叉乘、再相减。垂直:同位置乘、再相加。
第 7 关投影和向量法解几何
把图形关系翻成向量关系,很多证明会突然变短。
投影就是“b 在 a 方向上,真正贡献了多少”。标量投影为:
b 在 a 上的投影 = (a · b) / |a| = |b|cosθ
如果要的是投影向量,还要乘 a 的单位方向:
projab = (a · b / |a|²) a
符号也有意思投影为正:大体同路;为 0:完全侧着走;为负:大体唱反调。
几何题示范:平行四边形 ABCD 中,AB→ = a,AD→ = b。M 是 BC 的中点。
因为 BC→ = b,所以 BM→ = b;再走 AB→,得到 AM→ = a + b。
向量法解几何题,固定三步
① 选两支不共线的基础向量;② 把题中每条线段都翻译成它们的组合;③ 比系数。要证平行,就证一个向量是另一个的倍数;要证垂直,就证数量积为 0。
挑战调向量,命中目标
蓝色是固定水流 a。你调橙色划船速度 b,让合速度 a + b 正好撞上绿色目标。
通关测随机 10 题,看看真会没有
每题 5 分。数字会换,但套路就是前面那几种。交卷后逐题讲明白。
小抄考前一分钟
- 向量:大小、方向都要有。相等 = 等长同向;共线 = 同向或反向。
- 加减数乘:每个坐标各算各的。减 b 就是加 −b。
- 数量积:a·b = |a||b|cosθ = x₁x₂+y₁y₂。
- 夹角:cosθ = (a·b)/(|a||b|),夹角范围是 0° 到 180°。
- 平行:x₁y₂−x₂y₁=0。垂直:x₁x₂+y₁y₂=0。
- 投影:标量投影 (a·b)/|a|;投影向量再乘 a/|a|。
最后一句向量就是“带方向的数”。图看不清时,把箭头写成坐标,关系就会自己露出来。