平面向量是在二维平面内既有方向(direction)又有大小(magnitude)的量,物理学中也称作矢量,与之相对的是只有大小、没有方向的数量(标量)。
平面向量用小写加粗的字母a,b,c表示,也可以用表示向量的有向线段的起点和终点字母表示。
相关概念
有向线段:具有方向的线段叫做
有向线段,以A为起点,B为终点的有向线段记作
或
AB;

向量的模:有向线段
AB的长度叫做向量的模,记作|
AB|;
零向量:长度等于0的向量叫做
零向量,记作
或
0。(注意粗体格式,实数“0”和向量“
0”是有区别的,书写时要在实数“0”上加箭头,以免混淆);

相等向量:长度相等且方向相同的向量叫做相等向量;
单位向量:模等于1个单位长度的向量叫做
单位向量,通常用
e表示,平行于坐标轴的单位向量习惯上分别用
i、
j表示。
相反向量:与
a长度相等,方向相反的向量,叫做
a的相反向量,-(-
a)=
a,零向量的相反向量仍然是零向量。
表示方法
几何表示
坐标表示
在直角坐标系内,
平面向量基本定理可知,有且只有一对实数x、y,使得:
a=x
i+y
j,我们把(x,y)叫做向量
a的(直角)坐标,记作:
a=(x,y)。
我们分别取与x轴、y轴方向相同的两个单位向量
i、
j作为基底。任作一个向量
a,由
其中x叫做
a在x轴上的坐标,y叫做
a在y轴上的坐标,上式叫做
向量的坐标表示。在平面直角坐标系内,每一个平面向量都可以用一对实数唯一表示。
根据定义,任取平面上两点A(x
1,y
1),B(x
2,y
2),则向量
AB=(x
2-x
1,y
2-y
1),即
一个向量的坐标等于表示此向量的有向线段的终点坐标减去始点的坐标。
向量同数量一样,也可以进行运算。向量可以参与多种运算过程,包括线性运算(加法、减法和数乘)、数量积、向量积与混合积等。
下面介绍运算性质时,将统一作如下规定:任取平面上两点A(x
1,y
1),B(x
2,y
2),C(x
3,y
3)。
加法
用坐标表示时,显然有:
AB+
BC=(x
2-x
1,y
2-y
1)+(x
3-x
2,y
3-y
2)=(x
2-x
1+x
3-x
2,y
2-y
1+y
3-y
2)=(x
3-x
1,y
3-y
1)=
AC。这就是说,
两个向量和与差的坐标分别等于这两个向量相应坐标的和与差
三角形法则:AB+
BC=
AC,这种计算法则叫做
向量加法的三角形法则,简记为:首尾相连、连接首尾、指向终点。
四边形法则:已知两个从同一点
A出发的两个向量
AC、
AB,以
AC、A
B为邻边作平行四边形ACDB,则以
A为起点的对角线
AD就是向量
AC、
AB的和,这种计算法则叫做
向量加法的平行四边形法则,简记为:共起点 对角连
。
对于零向量和任意向量
a,有:
0+
a=
a+
0=
a。
向量的加法
满足所有的加法运算定律,如:交换律、结合律。
减法
AB-AC=CB,这种计算法则叫做
向量减法的三角形法则,简记为:共起点、连终点、方向指向被减向量。
-(-
a)=
a;
a+(-
a)=(-
a)+
a=
0;
a-
b=
a+(-
b)。
数乘
实数λ与向量
a的积是一个向量,这种运算叫做向量的数乘,记作λ
a。当λ>0时,λ
a的方向和
a的方向相同,当λ<0时,λ
a的方向和
a的方向相反,当λ = 0时,λ
a=
0。
用坐标表示的情况下有:λ
AB=λ(x
2-x
1,y
2-y
1)=(λx
2-λx
1,λy
2-λy
1)
设λ、μ是实数,那么满足如下运算性质:
-
(λμ) a= λ(μ a)
-
(λ + μ) a= λ a+ μ a
-
λ( a± b) = λ a± λ b
-
(-λ) a=-(λ a) = λ(- a)
-
|λ a|=|λ|| a|
数量积
已知两个非零向量
a、
b,那么|
a||
b|cosθ(θ是
a与
b的夹角)叫做
a与
b的
数量积或
内积,记作
a·b。零向量与任意向量的数量积为0。数量积
a·b的几何意义是:
a的长度|
a|与
b在
a的方向上的投影|
b|cos θ的乘积。
两个向量的数量积等于它们对应坐标的乘积的和。即:若
a=(x
1,y
1),
b=(x
2,y
2),则
a·b=x
1·x
2+y
1·y
2
数量积具有以下性质:
-
a·a=| a| 2≥0
-
a·b= b·a
-
k( a·b)=(k a) b= a(k b)
-
a·( b+ c)= a·b+ a·c
-
a·b=0<=> a⊥ b
-
a=k b<=> a// b
-
e 1 ·e 2=| e 1|| e 2|cosθ
向量积
向量
a与向量
b的夹角:已知两个非零向量,过O点做向量OA=
a,向量OB=
b,
则∠AOB=θ 叫做向量
a与
b的夹角,记作<
a,
b>。已知两个非零向量
a、
b,那么
a×
b叫做
a与
b的
向量积或
外积。向量积几何意义是以
a和
b为边的平行四边形面积,即
S=|
a×
b|。
若
a、b不共线,
a×
b是一个向量,其模是|
a×
b|=|
a||
b|sin<
a,
b>,
a×
b的方向为垂直于a和b,且
a、
b和
a×
b按次序构成右手系。若
a、
b共线,则
a×
b=
0。
若
a=(x
1,y
1,0),
b=(x
2,y
2,0),则有:

向量积具有如下性质:
-
a× a= 0
-
a‖ b<=> a× b= 0
-
a× b=- b× a
-
(λ a)× b=λ( a× b)= a×(λ b)
-
( a+ b)× c= a× c+ b× c
混合积
给定空间三向量
a、
b、
c,向量
a、
b的向量积
a×
b,再和向量
c作数量积(
a×
b)·
c,所得的数叫做三向量
a、
b、
c的混合积,记作(
a,
b,
c)或(
abc),即(
abc)=(
a,
b,
c)=(
a×
b)·
c
混合积具有下列性质:
-
三个不共面向量 a、 b、 c的混合积的绝对值等于以 a、 b、 c为棱的平行六面体的体积V,并且当 a、 b、 c构成右手系时混合积是正数;当 a、 b、 c构成左手系时,混合积是负数,即( abc)=εV(当 a、 b、 c构成右手系时ε=1;当 a、 b、 c构成左手系时ε=-1)
-
上条性质的推论:三向量 a、 b、 c共面的充要条件是( abc)=0
-
( abc) = ( bca) = ( cab) = - ( bac) = - ( cba) = - ( acb)