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向量代数与空间解析几何教案

来源:用户分享 时间:2025/5/18 16:30:53 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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◆ 乘数: ?a?(?ax)i?(?ay)j?(?az)k ◆ 或

a?b?{ax?bx,ay?by,az?bz}

a?b?{ax?bx,ay?by,az?bz}

?a?{?ax,?ay,?az}

◆ 平行:若a≠0时,向量b//a相当于b??a,即

{bx,by,bz}??{ax,ay,az}

也相当于向量的对应坐标成比例即

bxbybz ??axayaz五、向量的模、方向角、投影

设a?{ax,ay,az},可以用它与三个坐标轴的夹角?、?、?(均大于等于0,小于等

于?)来表示它的方向,称?、?、?为非零向量a的方向角,见图7-6,其余弦表示形式cos?、cos?、cos?称为方向余弦。 1. 模

222a?ax?ay?az

2. 方向余弦

?a?MMcos??acos?12?x?222由性质1知?ay?M1M2cos??acos?,当a?ax?ay?az?0时,有

?a?M1M2cos??acos???z?aax?cos??x?22a?ax?ay?az2?ayay? cos????222aax?ay?az??aaz?cos??z?222a?a?a?axyz?◆ 任意向量的方向余弦有性质:cos??cos??cos??1 ◆ 与非零向量a同方向的单位向量为:

222a0?aa?1a{ax,ay,az}?{cos?,cos?,cos?}

例:已知两点M1(2,2,2)、M2(1,3,0),计算向量M1M2的模、方向余弦、方向角以及与

M1M2同向的单位向量。

解:M1M2={1-2,3-2,0-2}={-1,1,-2}

M1M2?(?1)2?12?(?2)2?2

211 cos???,cos??,cos???222

??2??3?,??,?? 33400设a为与M1M2同向的单位向量,由于a?{cos?,cos?,cos?}

即得

112a0?{?,,?}

2223. 向量在轴上的投影

(1) 轴上有向线段的值:设有一轴u,AB是轴u上的有向线段,如果数?满足

??AB,且当AB与轴u同向时?是正的,当AB与轴u反向时?是负的,那么数?叫

做轴u上有向线段AB的值,记做AB,即??AB。设e是与u轴同方向的单位向量,则

AB??e

(2) 设A、B、C是u轴上任意三点,不论三点的相互位置如何,总有AC?AB?BC (3) 两向量夹角的概念:设有两个非零向量a和b,任取空间一点O,作OA?a,

OB?b,规定不超过?的?AOB称为向量a和b的夹角,记为(a,b)

(4) 空间一点A在轴u上的投影:通过点A作轴u的垂直平面,该平面与轴u的交点A叫做点A在轴u上的投影。

(5) 向量AB在轴u上的投影:设已知向量AB的起点A和终点B在轴u上的投影分别为点A和B,那么轴u上的有向线段的值AB叫做向量AB在轴u上的投影,记做

'''''?PrjuAB。

2.投影定理

性质1:向量在轴u上的投影等于向量的模乘以轴与向量的夹角?的余弦:

PrjuAB?ABcos?

性质2:两个向量的和在轴上的投影等于两个向量在该轴上的投影的和,即

Prju(a1?a2)?Prja1?Prja2

性质3:向量与数的乘法在轴上的投影等于向量在轴上的投影与数的乘法。即

Prju(?a)??Prja

小结:本节讲述了空间解析几何的重要性以及向量代数的初步知识,引导学生对向量(自由向量)有清楚的理解,并会进行相应的加减、乘数、求单位向量等向量运算,空间直角坐标系(轴、面、卦限),空间两点间距离公式。本节介绍了向量在轴上的投影与投影定理、向量在坐标轴上的分向量与向量的坐标(注意分向量与向量的坐标的区别)、向量的模与方向余弦的坐标表示式等概念。 作业:

第二节 数量积 向量积

教学目的:让学生搞清楚数量积与向量积的概念及其应用,掌握向量平行、垂

直等重要的结论,为空间曲面等相关知识打好基础。

教学重点:1. 数量积、向量积的概念及其等价的表示形式 2.向量平行、垂直的应用

教学难点:1.活学活用数量积、向量积的各种形式 2.向量平行与垂直的相应结论 教学内容:

一、数量积:

a) 定义:a?b?abcos?,式中?为向量a与b的夹角。 b) 物理上:物体在常力F作用下沿直线位移s,力F所作的功为

W?Fscos?

其中?为F与s的夹角。

2c) 性质:Ⅰ.a?a?a

Ⅱ.两个非零向量a与b垂直a?b的充分必要条件为:a?b?0 Ⅲ. a?b?b?a

Ⅳ. (a?b)?c?a?c?b?c Ⅴ. (?a)?c??(a?c) d) 几个等价公式:

Ⅰ.坐标表示式:设a?{ax,ay,az},b?{bx,by,bz}则

?为数

a?b?axbx?ayby?azbz

Ⅱ.投影表示式:a?b?aPrjab?bPrjba Ⅲ.两向量夹角可以由cos??a?b式求解 abe) 例子:已知三点M(1,1,1)、A(2,2,1)和B(2,1,2),求?AMB

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