В КУРСЕ?

Разбираемся в теме

Векторы: направление, длина и сложение по координатам

Вектор помогает описать величину, для которой важны и размер, и направление. На плоскости его удобно представлять стрелкой или упорядоченной парой координат. Например, перемещение на три клетки вправо и две вверх записывают как пару три и два. Это описание отличается от положения точки: точка отвечает на вопрос «где», а вектор перемещения — «как перейти от одного места к другому».

Начало стрелки не всегда определяет вектор

В элементарной геометрии свободные векторы с одинаковыми длиной и направлением считают равными, даже если стрелки нарисованы в разных местах. Перенос стрелки параллельно самой себе не меняет такой вектор. Координаты вектора от точки A к точке B находят вычитанием координат начала из координат конца. Если A имеет координаты один и два, а B — четыре и шесть, перемещение равно трем и четырем. Обратное направление дает противоположный вектор: минус три и минус четыре. Нулевой вектор описывает отсутствие перемещения и имеет нулевую длину; обычного выделенного направления у него нет.

Сложение объединяет последовательные перемещения

Чтобы сложить два вектора на рисунке, начало второго переносят к концу первого. Итоговая стрелка идет от первоначального начала к конечной точке. В координатах соответствующие компоненты складываются. Перемещение на три вправо и два вверх, затем на один влево и четыре вверх дает два вправо и шесть вверх. Порядок двух слагаемых не меняет итоговый вектор, хотя нарисованный промежуточный путь может отличаться. Это важное различие: суммарное перемещение и длина пройденного пути не одно и то же. Если пройти вперед и вернуться, итоговое перемещение равно нулю, а пройденное расстояние остается положительным.

Умножение меняет масштаб и направление

При умножении вектора на положительное число его длина изменяется в соответствующее число раз, а направление сохраняется. Отрицательный множитель дополнительно разворачивает стрелку. Умножение на ноль дает нулевой вектор. Длину вектора с координатами три и четыре находят по теореме Пифагора: она равна пяти. Для общей пары координат складывают квадраты компонентов и извлекают квадратный корень. Важно использовать одинаковые единицы измерения по обеим осям, если речь идет о геометрической длине. При решении задачи полезно заранее оценить направление: сумма двух перемещений вверх не должна неожиданно давать движение вниз без отрицательной составляющей.

Попробуйте на практике

Постройте маршрут на клетчатой бумаге и сравните путь с перемещением.

  1. Отметьте стартовую точку и выполните перемещение на три клетки вправо и четыре вверх. Нарисуйте итоговую стрелку и найдите ее длину.
  2. От новой точки переместитесь на три клетки влево и одну вверх. Сложите координаты двух векторов и отметьте конечную точку.
  3. Сравните суммарное перемещение с общей длиной двух прямых отрезков маршрута. Объясните, почему эти величины различаются.
  4. Умножьте первый вектор на минус один и нарисуйте его из любой удобной точки. Проверьте длину и направление относительно исходной стрелки.

Как проверить результат. Первый вектор имеет длину пять, сумма перемещений равна нулю по горизонтали и пяти вверх. Противоположный вектор имеет координаты минус три и минус четыре и ту же длину.

Частые вопросы

Может ли длина вектора быть отрицательной?

Нет. Отрицательными могут быть координаты или множитель, меняющий направление. Длина является неотрицательным числом и равна нулю только у нулевого вектора.

Всегда ли сумма длин равна длине суммы?

Нет. Это выполняется для сонаправленных перемещений, но в общем случае направления различаются. При противоположных векторах одинаковой длины сумма равна нулю, хотя сумма их длин положительна.

Самостоятельный разбор темы. Содержание конкретной обучающей программы здесь не представлено.

Зарегистрируйтесь, чтобы уточнить возможность доступа к этому материалу

Зарегистрироваться
← К списку материалов