问题 从求功的运算中,可以抽象出什么样的数学运算?(学生讨论)

平面向量的数量积

(1)最初的认识

学生讨论:如把力和位移抽象地看成两个“向量”,把力与位移的夹角抽象地看成两个向量的夹角,就可以得到一种新的运算,它就是从向量得到一个数量(即)的运算,这里是向量的夹角。

(2)进一步表述

引进“向量的数量积”等术语后,就可以把上面的结果进一步表述为:

已知两个向量和,它们的夹角为,我们把数量叫做和的数量积(或内积),记作,即=。

两个向量的夹角

问题 在上面的向量数量积的定义中,提到了“两个向量的夹角”的概念,它究竟代表什么意义呢?

从实际背景中的“力”和“位移”的夹角出发,展开讨论,得到下面的结论:

对于两个非零向量和,作,则()叫做向量和的夹角。

特别地,当向量与的夹角分别等于和时,两个向量分别是同向、反向和垂直。向量与垂直,记作。

在讨论中应注意上述定义中对向量的“非零”限制。

平面向量的数量积

(3)表述的精确化

问题 在进一步弄清了“向量的夹角”的意义以后,应该怎样更精确地表述向量的数量积的概念?

问题 零向量有没有数量积?应该如何定义?

问题 在实际的“求功运算”中是怎样解决这个问题的?

通过讨论,得到“数量积”的定义:

已知两个向量和,它们的夹角为,我们把数量叫做和的数量积(或内积),记作,即=。同时规定:与任何向量的数量积为0,即。

(4)对定义的理解

①   尽管向量数量积是从求功运算中抽象出来的,但是,它已经是一种抽象的数学运算了。一般地,它已经不具有“求功”的具体意义了。在引入向量的数量积以后,物理学中的功的概念就可以用数学语言表述为:功就是力与在其作用下物体产生的位移的数量积,即

②   两个向量数量积的结果是一个实数,这与向量的加法、减法和数乘运算是不同的。

③   注意:,等式右边的零是一个实数,而不是零向量。

  数量积的运算性质

 问题 向量的数量积有什么样的性质?

   在实数乘法中,我们有:同号时,,特别地,异号时,有。在向量的数量积中,类似的结论成立吗?

经过讨论得到下面的结论:

当与同向时,,特别地,或;

当与反向时,。

用类似的方法,可以得到下面的结论:

设向量和实数,则向量的数量积满足下列运算律:

①;

②;

③

 0  252669  252677  252683  252687  252693  252695  252699  252705  252707  252713  252719  252723  252725  252729  252735  252737  252743  252747  252749  252753  252755  252759  252761  252763  252764  252765  252767  252768  252769  252771  252773  252777  252779  252783  252785  252789  252795  252797  252803  252807  252809  252813  252819  252825  252827  252833  252837  252839  252845  252849  252855  252863  447090 

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