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平面向量的所有公式归纳

2026-01-06 17:54:54

平面向量的所有公式归纳】在数学学习中,平面向量是一个重要的知识点,广泛应用于几何、物理和工程等领域。为了帮助学生更好地掌握平面向量的相关知识,本文将系统地总结平面向量的主要公式,并以表格的形式进行归纳整理,便于理解和记忆。

一、向量的基本概念

向量是既有大小又有方向的量,通常用箭头表示,如 $\vec{a}$、$\vec{b}$ 等。向量可以表示为坐标形式:$\vec{a} = (x, y)$,其中 $x$ 和 $y$ 分别是向量在 x 轴和 y 轴上的分量。

二、向量的基本运算

运算类型 公式 说明
向量加法 $\vec{a} + \vec{b} = (x_1 + x_2, y_1 + y_2)$ 向量的加法满足交换律和结合律
向量减法 $\vec{a} - \vec{b} = (x_1 - x_2, y_1 - y_2)$ 向量减法可视为加上相反向量
数乘向量 $k\vec{a} = (kx, ky)$ 实数 $k$ 与向量相乘,改变向量的长度和方向(若 $k < 0$)
向量模长 $\vec{a} = \sqrt{x^2 + y^2}$ 向量的长度或绝对值
单位向量 $\hat{a} = \frac{\vec{a}}{\vec{a}}$ 与原向量同方向,模长为 1

三、向量的点积(数量积)

点积是两个向量之间的乘积,结果是一个标量。

公式 说明
$\vec{a} \cdot \vec{b} = x_1x_2 + y_1y_2$ 坐标形式的点积
$\vec{a} \cdot \vec{b} = \vec{a}\vec{b}\cos\theta$ 几何意义,$\theta$ 为两向量夹角

性质:

- 交换律:$\vec{a} \cdot \vec{b} = \vec{b} \cdot \vec{a}$

- 分配律:$\vec{a} \cdot (\vec{b} + \vec{c}) = \vec{a} \cdot \vec{b} + \vec{a} \cdot \vec{c}$

- 若 $\vec{a} \perp \vec{b}$,则 $\vec{a} \cdot \vec{b} = 0$

四、向量的叉积(向量积)

叉积是两个向量的乘积,结果是一个向量,仅在三维空间中定义。但在二维平面上,可以通过计算其模长来表示。

公式 说明
$\vec{a} \times \vec{b} = (x_1y_2 - x_2y_1)\vec{k}$ 二维中可看作模长为 $x_1y_2 - x_2y_1$ 的垂直向量
$\vec{a} \times \vec{b} = \vec{a}\vec{b}\sin\theta$ 模长表示面积

性质:

- 反交换律:$\vec{a} \times \vec{b} = -(\vec{b} \times \vec{a})$

- 若 $\vec{a} \parallel \vec{b}$,则 $\vec{a} \times \vec{b} = 0$

五、向量的投影

向量投影是将一个向量沿着另一个向量方向的“影子”。

公式 说明
$\text{proj}_{\vec{b}}\vec{a} = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{b}^2} \vec{b}$ 向量 $\vec{a}$ 在 $\vec{b}$ 方向上的投影向量
$\text{proj}_{\vec{b}}\vec{a} = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{b}}$ 投影的模长

六、向量的夹角

利用点积公式可求出两个向量之间的夹角:

$$

\cos\theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{a}\vec{b}}

$$

七、向量的共线与垂直

条件 说明
共线 $\vec{a} = k\vec{b}$,即 $\frac{x_1}{x_2} = \frac{y_1}{y_2}$(假设 $x_2, y_2 \neq 0$)
垂直 $\vec{a} \cdot \vec{b} = 0$

八、向量的应用

- 几何问题:用于求解距离、角度、面积等;

- 物理问题:用于力、速度、加速度等矢量分析;

- 计算机图形学:用于旋转、缩放、平移等操作。

总结表

类型 公式 说明
向量加法 $(x_1 + x_2, y_1 + y_2)$ 向量的合成
向量减法 $(x_1 - x_2, y_1 - y_2)$ 向量的差
数乘 $(kx, ky)$ 改变长度和方向
模长 $\sqrt{x^2 + y^2}$ 向量的长度
点积 $x_1x_2 + y_1y_2$ 或 $\vec{a}\vec{b}\cos\theta$ 标量积,用于夹角和投影
叉积 $x_1y_2 - x_2y_1$ 二维中表示面积
投影 $\frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{b}^2}\vec{b}$ 向量在另一方向上的投影
夹角 $\cos\theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{a}\vec{b}}$ 计算两向量夹角
共线 $\frac{x_1}{x_2} = \frac{y_1}{y_2}$ 向量方向相同或相反
垂直 $\vec{a} \cdot \vec{b} = 0$ 两向量互相垂直

通过以上公式的归纳与整理,可以更清晰地理解平面向量的运算规则和应用方法。建议在实际问题中灵活运用这些公式,提升解题能力。

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