两个非零向量a与b构成向量OA和OB,其中OA=a,OB=b。两个向量之间的夹角,称为∠AOB。值得注意的是,向量夹角的取值范围是[0,π]。
具体来说,当我们将两个向量平移使它们的起点重合,那么这两个向量所形成的、小于或等于180°的角,即为向量的夹角。
对于非零向量a与b,它们的数量积(也称为内积)记作ab,且数值为|a||b|cosθ,其中θ为两个向量的夹角。换句话说,数量积是一个标量,而非向量。
特别值得注意的是,任何与零向量的数量积均为0。
在平面直角坐标系中,我们可以使用单位向量i和j作为基底,来表示平面内的任意向量a。当向量a表示为a=xi+yj的形式时,其坐标为(x,y)。
若使用小写字母表示向量,则该向量起始于坐标原点,并指向该坐标点。而使用大写字母表示的向量,其坐标为后一个字母的坐标减去前一个字母的坐标,方向也从前一个字母指向后一个字母。
(1) 向量的和:若a=(m,n),b=(i,j),则a+b=(m+i,n+j)。这种坐标运算就是简单的横坐标与横坐标相加,纵坐标与纵坐标相加。
(2) 向量的差:类似地,若a=(m,n),b=(i,j),则a-b=(m-i,n-j)。这就是横坐标减横坐标,纵坐标减纵坐标的坐标运算。
(3) 向量的数乘:对于向量a=(m,n),数p与其相乘的结果为pa=(pm,pn)。这种运算就是数分别与横纵坐标相乘。
(4) 向量的数量积的坐标运算:若a=(m,n),b=(i,j),则ab=mi+nj。这是通过横坐标乘横坐标再加纵坐标乘纵坐标的方式得到的。
不难发现,使用坐标运算来解决向量问题通常比几何方式更为简便,无需进行平移或寻找角度,只需进行简单的算术运算。
当可以通过建立坐标系来解决问题时,我们应优先选择坐标运算。
那么,何时可以选择使用坐标运算呢?前提是能够找出坐标值并建立起适当的坐标系。
具体来说,以下几种情况常可用于建立坐标系:
(1) 利用图形中的垂直关系建立坐标系;
(2) 利用图形的轴对称性质,其中对称轴可作为坐标轴;
(3) 借助特殊角(如30°,45°,60°),以该角的一边与其垂线建立平面直角坐标系;
(4) 以圆的圆心作为坐标原点建立平面直角坐标系;
(5) 当两个向量的夹角为特殊角时,可以将这两个向量平移至同一起点,然后按照上述方法建立坐标系。
向量既是大小又是方向的结,实质上是一种几何问题。
在解决几何问题时,平行和垂直是两种不可或缺的关系。
那么,如何证明两个向量是平行或垂直的呢?
(1) 平行: