向量基本操作(数乘和加法)

1 加法
1.1 三角形法则
物理中,我们学过的力的合成其实就是向量的加法。
下面是两条小船在牵引一艘大船,合力可以由平行四边形法则或者三角形法则来计算得到:
我们用一个动画来演示下向量是如何相加的:
因为三者最后形成了一个三角形,我们称为三角形法则。
三角形法则比平行四边形法则更通用,平行四边形法没法计算共线的向量的加法。
在三维中,向量也可以类似地进行加法计算:
1.2 代数定义
对于:
它的加法定义为:
当然也可以看作是行向量:
举一个具体的例子,假设:
我们来看看是如何相加的:
可以看出,这和上文提到的三角形法则是一致的。
1.3 推论
根据三角形法则:
我们可以直接得到一个推论:
其中,共线的时候取等号。
1.4 生活中的例子
设某人买两种罐头,罐头的重量,体积,价格以表示,罐头的各量以表示,于是就表示两种罐头所含各种量的和。
如果将这两种罐头所含各量列成下表:
则此两种罐头的:
  • 重量和为
  • 体积和为
  • 价格和为
由于在数学,由量抽象化为数,计算当中,量的单位不予考虑。
就表示:
也就是说:
2 数乘
向量的基本操作除了加法,还有数乘。
2.1 几何意义
数乘,就是对进行缩放:
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可见:
  • 为缩放比例
  • 时,方向相反
  • 时,为零向量.
2.2 代数
对于:
数乘的代数表达为:
当然也可以写成行向量:
举一个具体的例子,假设:
我们来看看是如何完成的:
3 复数的加法与数乘
之前说过,复数和二维向量的加法和数乘是类似的,这里也可以做一个比较。
复数加法:
复数数乘:
4 综合
综合刚刚数乘与加法的代数和几何规则。我们不难得出:
注意:运算的结果是向量而不是标量.
数乘和加法被称为向量的基本运算,运算后的结果仍然是向量,并且维度也没有发生改变。
5 运算规则
我们不难看出,向量加法满足交换律,结合律:
  • 交换律:
  • 结合律:
数乘满足交换律,结合律和分配率的:
  • 交换律:
  • 结合律:
  • 分配律:
6 习题
6.1 习题1
为三角形的三个顶点,中点,证明:
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6.2 习题2
大家自己推一下减法应该是什么样的?
下列表述正确的是:
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