在早先的视频里,我们介绍过
如何用大小和方向
来完全定义一个向量,两者缺一不可。
此处有一个已经被这样定义的向量。
我们已知它的大小
等于3个单位长度。
这两边的平行线,
看上去像双重绝对值的符号,
代表向量a的长度。
这个式子相当于指定了
图中箭头的长度为3个单位长度。
与此同时我们还规定了它的方向。
如图所示,这个向量的方向是
相对正东方向逆时针旋转30°。
在本视频中,我们将会介绍
定义该向量的另一种方法。
这是一种通过分量来定义向量的方法。
我们将关注
这个向量的尾部
和头部,
考虑从它的尾部走到头部,
横坐标x改变了多少?
我们可以看出,x的变化量
等于这条红线的长度。
我们的横坐标从这个值变成了这个值。
我们还要考虑纵坐标y的变化。
假如我们从此处向上走到这里,
y方向的变化量就对应这条紫线的长度。
让我们给它们做上标记。
x的变化量记作Δx,y的变化量记作Δy。
请设想一下,
假如有人告诉了你Δx和Δy,
你应该可以相应重建出这个向量:
从这里出发,先改变x,
再改变y,得到向量的头部
相对尾部的位置。
我们相应将上述定义记作:
向量a,等于,写上两个括号,
在括号中填入Δx,逗号,Δy。
对图中的这个向量而言,
更具体地说,
我们已知它的长度为3。
它的大小为3。
我们还知道这条线处于水平方向,
而这条线处于竖直方向。
此处是一个直角。
于是我们可以使用以往的几何知识。
别担心,有必要的话你可以复习一下。
我们可以使用一点几何,
或者三角学知识:
我们已知这个角的大小,
以及这条斜边的长度,那么这条与30°角
相对的边的长度就等于斜边的一半,
也就是3/2。
而x方向的变化量则等于
根号3乘以3/2。
也就是二分之三倍根号3。
于是我们可以在括号中填入:
x分量等于二分之三倍根号3,
y分量等于3/2。
不少同学可能会觉得
这长得很像坐标平面上的坐标:
这对应横坐标,
这对应纵坐标。
不过,当你在处理向量时,
这种理解并不确切。
是的,当这个向量的尾巴
刚好落在原点上时,
它的头部在坐标平面上的坐标会恰好等于这个。
但我们知道,向量并不是
被它尾部的位置所定义的。
我们可以把这个向量在平面上随意平移,
得到的都还是同一个向量。
它的起点在哪儿都行。
所以,在向量语境下,
这两者并不代表横坐标和纵坐标,
而是代表横坐标的变化量,和纵坐标的变化量。
让我们再看一个
反其道而行之的例子。
假设我们用刚才的方法定义了一个向量b,
它的x分量等于根号2,
它的y分量也等于根号2。
这个向量长什么样?
假设这是它的尾部,
它的x分量,也就是横坐标的变化量,
等于根号2。
x的变化量大致长这样。
这条线对应横坐标的变化量,等于根号2。
而这个向量的y分量也等于根号2。
我们在这里写上,纵坐标的变化量,
也等于根号2。
于是这个向量将会长这样子:
它从这里出发,指向这里。
借助一点几何知识,
我们可以求出该向量的
大小和方向。
根据勾股定理,
两条直角边的平方和
等于斜边的平方。
于是我们可以算得,
斜边的长度等于2,
也就是说,向量b的长度等于2。
假如想进一步求出这个角的度数,
你可以用一点三角学知识,
实际上一点几何知识就够了。
你看,此处是一个直角,
而这两条边长度相等。
所以这两个角大小相等,
都等于45°。
于是我们也确定了这个向量的方向:
相对正东方向逆时针旋转45°。
希望你可以体会到,上述两种针对向量的表达方式
其实是一回事。
你既可以规定向量的长度和方向,
也可以规定它的分量,
这两种表达方式可以相互转化。
关于这一点,我们在接下来的视频中会做更多的练习。