W tym rozdziale będziemy rozpatrywać wektor na płaszczyźnie
z układem współrzędnych. Co ciekawe, każdemu wektorowi o ustalonym początku i
końcu można przyporządkować tylko jedną parę liczb będącą jego współrzędnymi.
Dlatego też w danym układzie współrzędnych każdej parze liczb przyporządkować
jeden wektor swobodny, dla którego dane liczby stanowią jego współrzędne. Z
tego powodu możemy zastępować wektory (uporządkowane pary punktów)
uporządkowanymi parami liczb.
Definicja 1
Niech w układzie współrzędnych dane będą punkty A(, ) i B(). Wektorem nazywamy
uporządkowaną parę liczb
[–, -]. Taki wektor oznaczamy
symbolem . Liczby -, - nazywamy współrzędnymi wektora. Wektorem zerowym nazywamy wektor, którego obie współrzędne
są zerami
i oznaczamy go. Takim wektorem w układzie
współrzędnych jest punkt. OZNACZENIA: Piszemy „wektor
=[a,b]” lub „wektor
=[x,y].
Definicja 2
Wektory
= [
] i
= [
] są równe wtedy, gdy
=
i
=
. Równość wektorów
i
zapisujemy
=
.
Przykład 1
Dany jest punkt B(2,3) oraz wektor = [-5,2]. Znajdź współrzędne punktu A, dla
którego = .
Oznaczmy współrzędne szukanego punktu A(x,y), następnie
obliczmy współrzędne wektora :
= [2-x, 3-y].
Wiemy, że wektory i są równe, więc odpowiednie
współrzędne mają identyczne,
[2-x,3-y] = [-5,2],
Czyli
2-x = -5 i 3-y=2, skąd
x= 7 i y= 1.
Otrzymaliśmy więc, że A(7,1).
Przykład 2
Na rysunku przedstawione są wektory. Odczytaj z niego
współrzędne wektorów i wskaż wektory równe.
=[2,3] =[1,3]
=[1,3] =[2,3]
=[-2,3] =[-1,4]
Wektory równe to wektory i oraz i .
Definicja 3
Sumą wektorów
= [
] i
= [
] nazywamy wektor [
+
,
+
]. Sumę wektorów
i
oznaczamy
+
.
Przykład 3
Wyznacz sumę wektorów =
[3,-2] i = [5, 3] i przedstaw jej
graficzną interpretację.
+ = [3+5, -2 + 3] = [8,1]
Definicja 5
Różnicą wektorów
= [
] i
= [
] nazywamy wektor [
–
,
–
]. Różnicę wektorów
i
oznaczamy
-
.
Definicja 6
Iloczynem wektora
= [
], przez liczbę rzeczywistą a nazywamy wektor
[a
×, a
×]. Iloczyn wektora
przez
liczbę a oznaczamy a
× .
Przykład 4
Jeśli = [4,
-2] i a = 3, to a × = [4×3, -2×3] = [12,-6].
Jeśli dla wektorów niezerowych
i
istnieje liczba rzeczywista a, dla której
= a
×
, to wektory
i
nazwiemy wektorami
równoległymi. Jeśli dodatkowo a > 0, to wektory
i
mają ten sam zwrot; natomiast jeśli a<0, to
wektory
i
mają przeciwny zwrot.
Definicja 7
Długością wektora
= [
,
] nazywamy liczbę
. Długość wektora
oznaczamy |
|.
Przykład 5
Oblicz długość wektora = [9,-3]
.
Otrzymujemy | | = = = = 3 .
Jeśli A(a,b) i B(c,d), to długość wektora
przedstawiamy wzorem:
|
| =
.
Powyższy wzór łatwo uzasadnić powołując się na tw.
Pitagorasa.
Na koniec, trzy twierdzenia charakteryzujące wektory równe,
wektory przeciwne oraz działania na wektorach.
Twierdzenie 1
Jeśli wektory niezerowe
i
są równe, to wektory te:
- są równoległe,
- mają ten sam zwrot,
- mają taką samą długość.
Twierdzenie 2
Jeśli wektory niezerowe
i
są przeciwne, to wektory te:
Twierdzenie 3
Dla dowolnych wektorów
,
,
oraz dowolnych liczb rzeczywistych k,l:
- k × (l ×) = (k × l) ×
Zadania o zrobienia
1. Oblicz współrzędne wektora , mając dane punkty
Odp.
2. Oblicz współrzędne wektorów , , , , , , jeśli:
Odp. , =,
3. Oblicz długość wektora, jeśli:
a) b)
Odp. a) || = b) || =
4. Dane są punkty: . Wyznacz taki punkt D, aby - = .
Odp. D ( 9 ; -7)