高等數(shù)學(xué)向量的乘法運(yùn)算（課堂PPT）

1、目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .1*三、向量的混合積三、向量的混合積 第三節(jié)一、兩向量的數(shù)量積一、兩向量的數(shù)量積二、兩向量的向量積二、兩向量的向量積 向量的乘法運(yùn)算 第七七章 目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .21M一、兩向量的數(shù)量積一、兩向量的數(shù)量積沿與力夾角為的直線移動(dòng),W1. 定義定義設(shè)向量的夾角為 ,稱 記作數(shù)量積 (點(diǎn)積) .引例引例. 設(shè)一物體在常力 F 作用下, F位移為 s , 則力F 所做的功為cossFsFW2Mbacosba的與為baba,s目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .3記作故abj rPb2. 性質(zhì)性質(zhì)為兩個(gè)非零向量, 則有baj rPcosbbabaaj rPbaa

2、a) 1 (2aba,)2(0baba ba0ba則2),(ba0,0ba,0 時(shí)當(dāng)a上的投影為在 ab,0,時(shí)當(dāng)同理bbacosba目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .43. 運(yùn)算律運(yùn)算律(1) 交換律(2) 結(jié)合律),(為實(shí)數(shù)abbaba)()( ba)(ba)()(ba)(ba)(ba(3) 分配律cbcacba事實(shí)上, 當(dāng)0c時(shí), 顯然成立 ;時(shí)當(dāng)0cc)(bababcj rPacj rPcbabacj rPc cbaccj rPj rPacj rP cbcj rPccacb)(j rPbac目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .5例例1. 證明三角形余弦定理cos2222abbac證證: 如圖

3、 . 則cos2222abbac,aBC,bACcBAABCabcbac2c)()(babaaabbba22a2bcos2baccbbaa,設(shè)目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .64. 數(shù)量積的坐標(biāo)表示數(shù)量積的坐標(biāo)表示設(shè)則, 10zzyyxxbababa當(dāng)為非零向量時(shí),cos zzyyxxbababa222zyxaaa222zyxbbb由于 bacosba,kajaiaazyx,kbjbibbzyxba)(kajaiazyx)(kbjbibzyxii jjkk jikjik baba baba,兩向量的夾角公式 , 得目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .7)(MB, )(MA BM例例2. 已知三點(diǎn),

4、 )2,1 ,2(),1 ,2,2(, )1 , 1 , 1(BAM AMB . A解解:, 1, 1 0, 1,0 1則AMBcos10022213AMB求MBMAMA MB故目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .8為 ) .求單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)該平面域的流體的質(zhì)量P (流體密度例例3. 設(shè)均勻流速為的流體流過(guò)一個(gè)面積為 A 的平面域 ,與該平面域的單位垂直向量,解解:單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的體積:APAA的夾角為且vvncosvcosvnv nn為單位向量Av目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .9二、兩向量的向量積二、兩向量的向量積引例引例. 設(shè)O 為杠桿L 的支點(diǎn) , 有一個(gè)與杠桿夾角為OQOLPQ符合右手規(guī)

5、則OQFFsinOPsinOPMFOPOPM M矩是一個(gè)向量 M :的力 F 作用在杠桿的 P點(diǎn)上 ,則力 F 作用在杠桿上的力FoPFMFM 目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .101. 定義定義定義向量方向 :(叉積)記作且符合右手規(guī)則模 :向量積 ,，的夾角為設(shè)ba,c,acbccsinabbac稱c的與為向量babacba引例中的力矩FOPM思考思考: 右圖三角形面積abba21S目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .112. 性質(zhì)性質(zhì)為非零向量, 則，0sin0或即aa) 1 (0ba,)2(0baba,0,0時(shí)當(dāng)baba0basinab03. 運(yùn)算律運(yùn)算律(2) 分配律(3) 結(jié)合律(證明略

6、)abcba )(cbcaba )()( ba)(baba) 1 (證明證明:sinabba目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .12)(kajaiazyx)(kbjbibzyx4. 向量積的坐標(biāo)表示式向量積的坐標(biāo)表示式設(shè)則,kajaiaazyx,kbjbibbzyxba)(iibaxx)(jibayx)(kibazx)(ijbaxy)(kjbazy)(ikbaxz)(jkbayzibabayzzy)(jbabazxxz)(kbabaxyyx)()(jjbayy)(kkbazzijk目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .13向量積的行列式計(jì)算法向量積的行列式計(jì)算法kjixayazaxbybzb,zyzyb

7、baa,zxzxbbaayxyxbbaabaibabayzzy)(jbabazxxz)(kbabaxyyx)(kajaiaazyxkbjbibbzyx( 行列式計(jì)算見(jiàn)上冊(cè) P355P358 ) 目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .14例例4. 已知三點(diǎn), )7,4,2(),5,4,3(, )3,2, 1(CBA角形 ABC 的面積 . 解解: 如圖所示,CBASABC21kji222124)(21,4,622222)6(42114sin21AB AC21ACAB求三目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .15一點(diǎn) M 的線速度例例5. 設(shè)剛體以等角速度 繞 l 軸旋轉(zhuǎn), 導(dǎo)出剛體上 的表示式 . Ml解解

8、: 在軸 l 上引進(jìn)一個(gè)角速度向量使a其在 l 上任取一點(diǎn) O,O作它與則點(diǎn) M離開(kāi)轉(zhuǎn)軸的距離a且符合右手法則的夾角為 , ,sinar, rOM vsinr,vr rvvv方向與旋轉(zhuǎn)方向符合右手法則 ,r向徑目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .16*三、向量的混合積向量的混合積1. 定義定義 已知三向量稱數(shù)量混合積混合積 .記作幾何意義幾何意義 為棱作平行六面體,底面積高h(yuǎn)故平行六面體體積為hAV coscba)(cba,cba的為cba,Abaccba,以則其cosbaccba)(cbabacba目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .17zyxzyxbbbaaaxcyczckji2. 混合積的坐標(biāo)表

9、示混合積的坐標(biāo)表示設(shè)xayazaxbybzbzxzxbbaayxyxbbaacba)(ba, ),(zyxaaaa cbazyzybbaa, ),(zyxbbbb ),(zyxcccc ,zyzybbaa,zxzxbbaayxyxbbaaxcyczc目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .183. 性質(zhì)性質(zhì)(1) 三個(gè)非零向量共面的充要條件是0(2) 輪換對(duì)稱性 :(可用三階行列式推出)cbacba,ab cab cabcabc目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .19例例6. 已知一四面體的頂點(diǎn)),(kkkkzyxA,3,2, 1( k4 ) , 求該四面體體積 . 1A2A3A4A解解: 已知四面體的體

10、積等于以向量為棱的平行六面體體積的,61故 61V6112xx 12yy 12zz 13xx 13yy 13zz 14xx 14yy 14zz ,21AA,31AA41AA413121AAAAAA目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .20例例7. 已知 A (1,2,0)、B (2,3,1)、C (4,2,2)、),(zyxM四點(diǎn)共面, 求點(diǎn) M 的坐標(biāo) x、y、z 所滿足的方程.解解: A、B、 C、M 四點(diǎn)共面0ABCM1x2y0z111302展開(kāi)行列式即得點(diǎn) M 的坐標(biāo)所滿足的方程AM、AB、AC 三向量共面ACABAM0432zyx0即目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .21內(nèi)容小結(jié)內(nèi)容小結(jié)設(shè)1

11、. 向量運(yùn)算加減:數(shù)乘:點(diǎn)積:),(zzyyxxbabababa),(zyxaaaazzyyxxbabababa),(, ),(, ),(zyxzyxzyxccccbbbbaaaa叉積:kjixayazaxbybzbba目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .22混合積:2. 向量關(guān)系:xxabyyabzzab0zzyyxxbabababa/ba 0bazyxzyxzyxcccbbbaaacba)(cba共面cba,0zyxzyxzyxcccbbbaaa0)(cba0ba目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .23思考與練習(xí)思考與練習(xí)1. 設(shè)計(jì)算并求夾角 的正弦與余弦 .)3, 1, 1 (,321cos12

12、11sin答案答案:2. 用向量方法證明正弦定理:CcBbAasinsinsinba,1baba,2jibkjia,baba及BabcAC目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .24證證: 由三角形面積公式AcbsinBacsinBbAasinsin所以CcsinCbasin因ABACSABC21BCBA21CACB21ABACBCBACACBBabcAC目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .25P22 3 , 4 , 6 , 7 , 9(1) ; (2) , 10 , 12第三節(jié) 作業(yè)作業(yè)目錄 上頁(yè) 下頁(yè) 返回 結(jié)束 .2622343cos322)2(17備用題備用題1. 已知向量的夾角且解：解：,43ba ,. |ba 求, 2|a, 3|b2ba)()(babaaaba2bb22cos