对 v = xi + yj,大小是 √(x² + y²),方向是从 x 轴正方向量起的角度,要结合 tan⁻¹ 和象限草图才能求对。
这一课属于向量单元。学这一课之前,要先会写分量与单位向量形式。
怎样求大小与方向?
每次都照这四步做。
- 大小:|v| = √(x² + y²)。
- 参考角:α = tan⁻¹(|y| ÷ |x|),永远是锐角。
- 画草图,看向量在哪个象限。
- 方向:第一象限 θ = α;第二象限 θ = 180° − α;第三象限 θ = 180° + α;第四象限 θ = 360° − α。
例题一:第二象限的向量
求 v = −5i + 12j 的大小与方向。
|v| = √((−5)² + 12²) = √(25 + 144) = √169 = 13。
参考角是 α = tan⁻¹(12 ÷ 5) = 67.38°。x 是负数,y 是正数,所以向量在第二象限,θ = 180° − 67.38° = 112.6°。
例题二:单位向量,以及由大小和角度写出向量
沿 a = 3i + 4j 的单位向量是 a ÷ |a| = (3i + 4j) ÷ 5 = 0.6i + 0.8j。检验长度:√(0.36 + 0.64) = 1。
再写一个大小为 10、与 x 轴正方向成 30° 的向量:x = 10 cos 30° = 5√3 ≈ 8.66,y = 10 sin 30° = 5,所以向量是 8.66i + 5j。它的大小是 √(75 + 25) = 10。
例题三:和的大小
设 a = 3i + 4j,b = −i + 2j。求 |a + b|。
a + b = 2i + 6j,所以 |a + b| = √(4 + 36) = √40 = 2√10 ≈ 6.32。而 |a| + |b| = 5 + √5 ≈ 7.24,比它大。可见和的大小不等于大小的和。
会丢分的错误
常见的失误是直接用计算器算出的 tan⁻¹(y ÷ x),当作方向。对 v = −5i + 12j,tan⁻¹(12 ÷ (−5)) = −67.38°,它指向第四象限,而不是第二象限。
| 步骤 | 错误 | 正确 |
|---|---|---|
| 计算器的值 | tan⁻¹(12 ÷ −5) = −67.38° | α = tan⁻¹(12 ÷ 5) = 67.38° |
| 象限 | (没有检查) | x 为负,y 为正:第二象限 |
| 方向 | −67.38° | 180° − 67.38° = 112.6° |
画草图只要几秒钟,却能避免整题答错。每道方向题都要有这一步。
自我检查
求 v = 6i − 6j 的大小与方向。
答案
|v| = √(36 + 36) = √72 = 6√2 ≈ 8.49。
参考角是 tan⁻¹(6 ÷ 6) = 45°。x 为正,y 为负,向量在第四象限:θ = 360° − 45° = 315°,也可以写成 −45°。
接下来学什么
下一项技能是平行向量与共线,会用到你现在会写、会量的向量。也可以先做向量练习题,检查整个单元的掌握情况。
想让老师陪你练习大小与方向,可以看线上一对一附加数学补习。