6.1 平面向量的概念
既有大小又有方向的量叫向量。不仅起点不同的两个有向线段可以表示同一个向量,零向量和平行向量里也有不少初学容易踩坑的约定。
本节知识点向量、模与零向量有向线段与向量记号相等、相反与共线向量
第 1 步
从例子进入
在海战演习中,指挥部收到侦察雷达报告:「距我方舰艇 20 km 处发现不明快艇!」先点下面的雷达按钮试一试:
想一想
仅凭「距我方舰艇 20 km」这一句话,拦截舰能立刻直奔目标去拦截吗?
看答案与解析
答案:B
B。只说「20 km」,目标可能在以舰艇为圆心、20 km 为半径的圆周上的任何一个位置。
在生活和物理中,有很多量像年龄、身高、质量、温度、路程那样,只有一个数值就能完全说清楚;但还有一类非常重要的量——比如位移、速度、力,不仅有大小,还有方向。没有方向,就无法确定物体的位置和运动状态。
数学中,把这种既有大小、又有方向的量叫做向量(Vector)。这一节就来建立平面向量的完整认知。
第 2 步
讲清楚
1. 先认识几个词:从「温度计」到「带箭头的位移指令」
前置知识:初中勾股定理、平行四边形性质;本节词条从 6.2 向量的运算 起天天用。先看下面这幅解剖图:
2. 自由向量与相等向量:一张「与起点无关」的通用位移指令
核心直觉(藏宝图指令):如果一张指令卡写着「向东走 3 步,向北走 4 步」,无论你是从老槐树 A 出发,还是从枯井 C 出发,执行的都是同一张位移指令!因此,数学中的向量像一张能随便拎着走的透明胶片,平移到平面任何位置,表示的都是同一个「自由向量」。
想一想
自己试试:A(0,0)、B(2,1)。下面哪个向量与 AB 相等?
看答案与解析
答案:A
A。AB 的指令是「右 2、上 1」;A 从 (3,3) 到 (5,4) 也是「右 2、上 1」,起点不同照样相等!B 是「左 2、下 1」(相反向量);C 模也是 5,但变成「右 1、上 2」方向不同;D 方向相同但模长翻倍了。
3. 零向量与单位向量:「原地踏步」与「单位圆上的指针」
想一想
自己试试:起点是原点 O,终点 P 取下面哪个点时,OP 是单位向量?
看答案与解析
答案:B
B。∣OP∣=0.62+(−0.8)2=0.36+0.64=1。A 的模是 2;C 把坐标相加 0.5+0.5=1 误当成了勾股模长;D 是零向量(模为 0)。
本视频题目:四个概念命题
判断真假:①单位向量都相等;②若∣a∣=∣b∣,则a=b;③零向量与任意向量平行;④若a∥b、b∥c,则a∥c。先自己判,再看视频核对反例与约定。
4. 平行(共线)向量与相反向量:为什么「平行」就叫「共线」?
方向相同或相反的非零向量叫平行向量(记作 a∥b)。为什么课本又把平行向量直接叫作共线向量?因为向量可以自由平移——任何两条平行的向量,一平移就能叠到同一条直线上!此外规定:零向量 0 与任意向量平行。模相等且方向相反的两个向量互为相反向量(记作 −AB=BA);零向量的相反向量仍是零向量。
想一想
自己试试:A(0,0)、B(2,1)。下面哪个向量与 AB 不共线?
看答案与解析
答案:D
D。AB 是「右 2、上 1」。A 是「右 4、上 2」(同向共线);B 是「左 4、下 2」(反向共线);C 是零向量 0,规定与任意向量平行(共线)。只有 D「右 1、上 2」方向斜率变了,不共线。
本视频题目:正六边形中的向量
正六边形ABCDEF的中心为O,边长为2。以七个点为起点和终点,列全与OA相等的有向线段表示(包括OA本身);求∣AD∣、∣AC∣。
5. 用之前必查:平面向量三大高频翻车现场
再深一点(可以先跳过)
物理中的「矢量」与数学中的「自由向量」:力学里,力的作用点常常不能随便移(推门把手和推门轴,效果不同)。数学里的向量只抽取出「大小」和「方向」,可以任意平移,叫自由向量。
位置和位移、路程和位移的模:从 A 走到 B 再走回 A,走过的路程是 2∣AB∣,合位移却是 AA=0。
共线的代数判定(6.2 会学):若 a=0,则 b 与 a 共线当且仅当存在唯一实数 λ,使 b=λa。
第 3 步
动手
① 拖动终点,直观感受向量的「模」与「方向」
网格每格长 1。原点 O(0,0),向量 a=OA。拖动终点 A(或选中后按方向键)改变它的大小与方向;切换按钮观察「相等向量(自由平移)」与「相反向量 / 共线」。
第 4 步
练一练
从易到难排好了。前两道直接用,中间三道紧扣专题卡边界,最后一道是综合挑战。
直接用
想一想
- 在平面直角坐标系中,向量 a 从点 O(0,0) 指向点 A(3,−4)。求向量 a 的模 ∣a∣。
看答案与解析
答案:A
A。模就是有向线段的长度,根据勾股定理 ∣a∣=32+(−4)2=25=5。注意模是几何长度,恒为非负实数,不能是负数。
想一想
- 在平行四边形 ABCD 中,对角线交于点 O。下列向量等式中正确的是?
看答案与解析
答案:C
C。平行四边形中,边 AD 与 BC 平行且长度相等;从 A 到 D 与从 B 到 C 方向相同、大小相等,所以 AD=BC。
A 项中 AB 与 CD 方向相反(应为 AB=DC);B 项中 AO 与 CO 也是相反向量;D 项中对角线方向不同、模长一般也不相等。
易错
想一想
- 已知两非零向量 a,b 满足 ∣a∣=6,∣b∣=2。下列说法中正确的是?
看答案与解析
答案:C
C。向量包含大小和方向两个要素,在数学中向量没有大小关系,绝对不能写 a>b 或 a<b。只有模长作为非负实数才可以比较大小。
想一想
看答案与解析
答案:B
B。
- A 错误:零向量没有确定的朝向,本节约定其方向任意;
- B 正确:零向量的模为 0;
- C 错误:教材明确规定,零向量与任一向量平行(0∥a);
- D 错误:向量不能比较大小,不能说「单位向量大于零向量」,只能说单位向量的模(1)大于零向量的模(0)。
想一想
看答案与解析
答案:C
C。向量可以自由平移,高中数学中「平行向量」与「共线向量」是同一个概念。平行向量所在的直线可以互相平行,也可以重合,并不要求「必定在同一条直线上」,所以 C 说法错误(是要选的选项)。平移到同一起点后,因为方向相同或相反,起点和两终点三点共线,D 正确。
挑战
想一想
- 已知四边形 ABCD 满足 AB=DC,且 ∣AB∣=∣AD∣。则该四边形必定是?
看答案与解析
答案:B
B。由 AB=DC 可知,线段 AB 与 DC 平行且长度相等,因此四边形 ABCD 是平行四边形。又已知 ∣AB∣=∣AD∣,说明该平行四边形的一组邻边长度相等。邻边相等的平行四边形必为菱形(若未给出角为直角,不能判定为正方形)。
第 5 步
高考真题
先独立作答,做完再对照分步解析。选择题点选项自动判对错;填空题写法不同时,看答案自己判。要用到后面章节的题收在最后,学到那里再做。
2013 辽宁卷(理科) 第 3 题 · 单选
已知点 A(1,3),B(4,−1),则与向量 AB 同方向的单位向量为( )。
看答案与解析
答案:A
在坐标网格读出“右3、下4”,用勾股求长度,再保持方向把长度缩到1。
读取方向与网格步数
从A(1,3)走到B(4,−1),横向向右走3格、纵向向下走4格。将这支箭头平移到原点后,它的终点是(3,−4),方向保持不变。
只求模长
横竖步数形成直角三角形,模长为32+42=5。原箭头不是单位向量。
同向缩到单位长度
保持横竖步数之比和方向不变,将长度从5缩到1,两方向步数都缩到原来的1/5,得到(53,−54),选A。
同向单位向量必须同时满足方向不变与模长为1,网格步数和相似缩放足以完成判断。
2015 四川卷(文科) 第 2 题 · 单选
设向量 a=(2,4) 与向量 b=(x,6) 共线,则实数 x=( )。
看答案与解析
答案:B
把两箭头平移到同一原点,共线就要求两个终点和原点在同一直线上;用初中坐标比例判断。
用共同起点理解共线
将两向量的起点都放在原点O,终点分别记为P(2,4)、Q(x,6)。两个向量都非零。按共线定义,方向相同或相反的两箭头平移到共同起点后,O,P,Q三点在同一直线上。
读取直线的坐标比例
从O到P是右2格、上4格。这条过原点的直线上,竖向格数始终是横向格数的2倍,即初中一次函数直线y=2x。
代入终点位置
点Q的纵坐标为6,落在该直线上就必须满足6=2x,所以x=3,选B。
共线关心方向在同一直线上,长度可不同;共同起点的坐标网格能直接检验方向。