Baza wiedzy

Zbiór informacji z matematyki oraz fizyki przygotowany przez Szkołę Maturzystów

Podstawowe informacje o wektorze w układzie współrzędnych

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 goTakim wektorem w układzie współrzędnych jest punkt.
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 4
Wektory   i  są przeciwne wtedy, gdy ich suma jest wektorem zerowym. 
Wektor przeciwny do wektora   oznaczamy - 
Wektor przeciwny do  oznaczamy -  lub  . Stąd wniosek, że jeśli  = [], to - =[-,-].

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:
  • są równoległe,
  • mają przeciwny zwrot,
  • mają taką samą długość.

Twierdzenie 3
Dla dowolnych wektorów, , oraz dowolnych liczb rzeczywistych k,l:
  •  +  =  +
  • ( +)+ =   + (+)
  • k × (l ×) = (k × l) ×
  • (k+l) ×   = k ×   + l ×
  • k ×(  + = k ×  + k ×

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)