Как найти координаты суммы двух или более векторов

Координаты вектора. Направляющие косинусы

Для решения задач с векторами необходимо определить вектор на плоскости или в пространстве, то есть дать информацию о его направлении и длине.

Координаты вектора

Пусть задана прямоугольная декартова система координат (ПДСК) $x O y$ и произвольный вектор $overline$, начало которого совпадает с началом системы координат (рис. 1).

Сумма двух векторов, заданных координатами

Чтобы найти сумму двух векторов, заданных своими координатами, надо сложить их соответствующие координаты.

Умножение вектора на число

Чтобы умножить вектор на число, надо каждую координату этого вектора умножить на заданное число.

Рассмотрим далее случай, когда начало вектора не совпадает с началом системы координат. Предположим, что в ПДСК заданы две точки $Aleft(a_ ; a_ right)$ и $Bleft(b_ ; b_ right)$. Тогда координаты вектора $overline=left(x_ ; y_ right)$ находятся по формулам (рис. 4):

Чтобы найти координаты вектора, заданного координатами начала и конца, надо от координат конца отнять соответствующие координаты начала.

Задание. Найти координаты вектора $overline$, если $A(-4 ; 2), B(1 ;-3)$

Направляющие косинусы

Направляющими косинусами вектора называются косинусы углов, образованных вектором с положительными направлениями осей координат.

Направление вектора однозначно задается направляющими косинусами. Для единичного вектора направляющие косинусы равны его координатам.

Здесь $alpha$, $beta$ и $gamma$ — углы, которые составляет вектор с положительными направлениями осей $O x$, $O y$ и $O z$ соответственно.

Основное свойство направляющих косинусов

Сумма квадратов направляющих косинусов равна единице.

Основные сведения о сумме двух векторов

Основные понятия

Направленный отрезок, то есть отрезок, который имеет длину и определенное направление, носит название вектора.

Обозначается буквенным символом со стрелкой над ним:

Сонаправленные векторы — это векторы, направления которых совпадают (одинаковые по направлению).

Противоположно направленные векторы — это векторы, которые направлены в разные стороны.

С векторами можно производить такие операции, как:

Для начала, рассмотрим подробно сложение.

Сложение (сумма) векторов «a + b» — это операция вычисления вектора c, все элементы которого равны попарной сумме соответствующих элементов векторов a и b, то есть каждый элемент вектора c равен:

Вычитание (разность) векторов «a — b» — это операция вычисления вектора c, все элементы которого равны попарной разности соответствующих элементов векторов a и b, то есть каждый элемент вектора c равен:

Сложение векторов может осуществляться по трем правилам:

1. Правило параллелограмма. Из произвольной точки необходимо отложить два данных вектора и построить на них параллелограмм. Диагональ параллелограмма, исходящая из начальной точки, будет суммой заданных векторов.
2. Правило многоугольника. Из произвольной точки отложить первый вектор, из его конца отложить второй вектор, из конца второго вектора отложить третий и так далее. Когда все векторы отложены, соединим начальную точку с концом последнего вектора и получим сумму нескольких векторов.
3. Правило треугольника.

Сумма сонаправленных и противоположно направленных векторов, правило треугольника

Правило треугольника заключается в следующем: для того чтобы сложить два сонаправленных вектора, необходимо из произвольной точки отложить первый вектор, из конца полученного вектора отложить второй вектор, и построить вектор, соединяющий начало первого с концом второго. Конечный вектор и будет суммой двух векторов.

Чертеж поможет наглядно объяснить правило:

AC — сумма векторов.

Разность векторов a и b является суммой векторов a и -b.

Как вычислить координаты суммы двух векторов, пояснение на примерах

Кроме геометрического способа сложения (вычитания) векторов (правила треугольника, параллелограмма, многоугольника), существует способ сложения координат векторов.

Для того чтобы найти координаты суммы двух векторов, нужно сложить их соответствующие координаты по следующей формуле:

Найти сумму векторов a(7;5) и b(3;8)

Найти сумму координат векторов a(-7;2), b(-3;6), c(6;-5)

Примеры решения задач

Найти сумму векторов a(1;2), b(7;9)

Найти разность координат векторов a(4;-6), b(5;-1)

Сумма векторов координаты суммы

Сумма и разность векторов

В данной публикации мы рассмотрим, как найти сумму и разность векторов, приведем геометрическую интерпретацию, а также формулы, свойства и примеры этих действий.

Сумма векторов

Сложение векторов выполняется по правилу треугольника.

Геометрическая интерпретация:

Суммой a и b является вектор c , начало которого совпадает с началом a , а конец – с концом b . При этом конец вектора a должен совпадать с началом вектора b .

Для сложения векторов также используется правило параллелограмма.

Два неколлинеарных вектора a и b можно привести к общему началу, и в этом случае их суммой является вектор c , совпадающий с диагональю параллелограмма и берущий начало в той же точке, что и исходные векторы.

Формула сложения векторов

Элементы вектора c равняются попарной сумме соответствующих элементов a и b .

<td data-cell-id="B1" data-x="1" data-y="1" data-db-index="1" data-cell-type="text" data-original-value=" a + b = x+ b_x; a_y + b_y> » data-order=» a + b = x + b_x; a_y + b_y> » style=»min-width:55.0847%; width:55.0847%;»> a + b = x + b_x; a_y + b_y>

<td data-cell-id="B2" data-x="1" data-y="2" data-db-index="2" data-cell-type="text" data-original-value=" a + b = x+ b_x; a_y + b_y; a_z + b_z> » data-order=» a + b = x + b_x; a_y + b_y; a_z + b_z> «> a + b = x + b_x; a_y + b_y; a_z + b_z>

<td data-cell-id="B3" data-x="1" data-y="3" data-db-index="3" data-cell-type="text" data-original-value=" a + b = 1+ b₁; a₂ + b₂; . a_n + b_n> » data-order=» a + b = 1 + b₁; a₂ + b₂; . a_n + b_n> «> a + b = 1 + b₁; a₂ + b₂; . a_n + b_n>

Для плоских задач

Для трехмерных задач

Для n-мерных векторов

Свойства сложения векторов

1. Коммутативность: a + b = b + a

2. Ассоциативность: ( a + b ) + c = a + ( b + c )

3. Прибавление к нулю: a + 0 = a

4. Сумма противоположных векторов: a + (- a ) = 0

Примечание: Вектор – a коллинеарен и равен по длине a , но имеет противоположное направление, из-за чего называется противоположным.

Разность векторов

Для вычитания векторов также применяется правило треугольника.

Если из вектора a вычесть b , то получится c , причем должно соблюдаться условие:

Формула вычитания векторов

Элементы вектора c равны попарной разности соответствующих элементов a и b .

<td data-cell-id="B1" data-x="1" data-y="1" data-db-index="1" data-cell-type="text" data-original-value=" a — b = x— b_x; a_y — b_y> » data-order=» a — b = x — b_x; a_y — b_y> » style=»min-width:55.0847%; width:55.0847%;»> a — b = x — b_x; a_y — b_y>

<td data-cell-id="B2" data-x="1" data-y="2" data-db-index="2" data-cell-type="text" data-original-value=" a — b = x— b_x; a_y — b_y; a_z — b_z> » data-order=» a — b = x — b_x; a_y — b_y; a_z — b_z> «> a — b = x — b_x; a_y — b_y; a_z — b_z>

<td data-cell-id="B3" data-x="1" data-y="3" data-db-index="3" data-cell-type="text" data-original-value=" a — b = 1— b₁; a₂ — b₂; . a_n — b_n> » data-order=» a — b = 1 — b₁; a₂ — b₂; . a_n — b_n> «> a — b = 1 — b₁; a₂ — b₂; . a_n — b_n>

Для плоских задач

Для трехмерных задач

Для n-мерных векторов

Примеры задач

Задание 1
Вычислим сумму векторов и .

Задание 2
Найдем разность векторов и .

Операции над векторами в прямоугольной системе координат

Если задана плоскость O x y с векторами a → = a x , a y и b → = ( b x , b y ) , то мы можем разложить их по координатным векторам i → и j → . Тогда это будет иметь вид a → = a x · i → + a y · j → и b → = b x · i → + b y · j → . Чтобы найти сумму a → и b → и произведение a → на λ , рассмотрим:

a → + b → = a x · i → + a y · j → + b x · i → + b y · j → = ( a x + b x ) · i → + ( a y + b y ) · j →

λ · a → = λ · ( a x · i → + a y · j → ) = ( λ · a x ) · i → + ( λ · a y ) · j →

Это равенство справедливо по свойству операций над векторами.

Разложение векторов – это a → + b → и λ · a → , представленное в частях неравенства по i → и j → координатам. Координаты векторов a → + b → и λ · a → равны соответственно ( a x + b x , a y + b y ) и ( λ · a x , λ · a y ) .

Таким же образом a → = ( a x , a y , a z ) и b → = ( b x , b y , b z ) записываются как a → + b → = a x · i → + a y · j → + a z · k → + b x · i → + b y · j → + b z · k → = ( a x + b x ) · i ⇀ + ( a y + b y ) · j → + ( a z + b z ) · k → λ · a → = λ · ( a x · i → + a y · j → + a z · k → ) = ( λ · a x ) · i → + ( λ · a y ) · j → + ( λ · a z ) · k →

а значит a → + b → = ( a x + b x , a y + b y , a z + b z ) , λ · a → = ( λ · a x , λ · a y , λ · a z )

Отсюда делаем вывод, что координаты векторов a → и b → равны сумме соответствующих координат векторов a → и b → , координаты произведения вектора a → на λ приравниваются к соответствующим координатам вектора a → , умноженным на число в заданной системе координат.

При необходимости нахождения координат суммы нескольких векторов, необходимо сложить координаты каждого вектора соответственно. Рассмотрим примеры.

Нужно выполнить сложение a → = ( 2 , 3 — 1 3 ) и b → = ( — 1 , — 1 3 ) . Чему равны координаты произведения вектора a → на 3 .

Решение

Из определения имеем, что сумма векторов равна сумме их координат соответственно, тогда a → + b → = ( 2 + ( — 1 ) , 3 — 1 3 + ( — 1 3 ) ) = ( 1 , — 1 3 ) .

Числовое значение умножается на каждую координату: 3 · a → = ( 3 · 2 , 3 · 3 — 1 3 ) = 2 3 , 3 — 3 3 .

Ответ: a → + b → = ( 1 , — 1 3 ) , 3 · a → = ( 2 3 , 3 — 3 3 )

Заданы векторы a → = ( 0 , 1 , — 2 ) , b → = ( — 1 , — 1 , 3 ) , c → = ( 4 , — 3 , 2 ) .

Каковы координаты вектора 2 · a → + 3 · ( b → — c → ) = 2 · a → + 3 · b → + ( — 3 ) · c → .

Решение

Применяя свойства векторов, получим: 2 · a → + 3 · ( b → — c → ) = 2 · a → + 3 · b → + ( — 3 ) · c → .

Подставляем значения координат и получаем: 2 · a → + 3 · b → + ( — 3 ) · c → = 2 · ( 0 , 1 , — 2 ) + 3 · ( — 1 , — 1 , 3 ) + ( — 3 ) · ( 4 , — 3 , 2 ) =

= ( 2 · 0 , 2 · 1 , 2 · ( — 2 ) ) + ( 3 · ( — 1 ) , 3 · ( — 1 ) , 3 · 3 ) + ( ( — 3 ) · 4 , ( — 3 ) · ( — 3 ) · 2 ) =

= ( 0 , 2 , — 4 ) + ( — 3 , — 3 , 9 ) + ( — 12 , 9 — 6 ) =

= ( 0 + ( — 3 ) + ( — 12 ) , 2 + ( — 3 ) + 9 , — 4 + 9 + ( — 6 ) ) = ( — 15 , 8 , — 1 )

Можно решить другим способом.

Обратим внимание на разложение a → , b → и c → :

a → = 0 · i → + 1 · j → + ( — 2 ) · k → = j → — 2 · k →

b → = ( — 1 ) · i → + ( — 1 ) · j → + 3 · k → = — i → — j → + 3 · k →

c → = 4 · i → + ( — 3 ) · j → + 2 · k → = 4 · i → — 3 · j → + 2 · k →

Исходя из свойств векторов, видим, что: 2 · a → + 3 · ( b → — c → ) = 2 · ( j → — 2 · k → ) + 3 · ( — i → — j → + 3 · k → — ( 4 · i → — 3 · j → + 2 · k → ) ) = = 2 · j → — 4 · k → + 3 · ( — 5 · i → + 2 · j → + 1 · k → ) = — 15 · i → + 8 · j → — k →

Значит, координаты вектора 2 · a → + 3 · ( b → — c → ) равны ( — 15 , 8 , — 1 ) .

Ответ: 2 · a → + 2 · ( b → — c → ) = ( — 15 , 8 , — 1 )

Сложение векторов. Векторная сумма. Правила сложения векторов. Геометрическая сумма. Он-лайн калькулятор.

Сложение векторов. Векторная сумма. Правила сложения векторов. Геометрическая сумма. Он-лайн калькулятор

В механике существуют два типа величин:

• скалярные величины, задающие некоторое числовое значение — время, температура, масса и т.д.
• векторные величины, которые вместе с некоторым числовым значением задают направление — скорость, сила и т.д..

Рассмотрим сначала алгебраический подход к сложению векторов.

Покоординатное сложение векторов.

Тогда координаты вектора, получившегося при сложении этих двух векторов вычисляются по формуле:

В двумерном случае все абсолютно анологично, просто отбрасываем третью координату.

Теперь перейдем к геометрическому смыслу сложения двух векторов:

При сложении векторов нужно учитывать и их числовые значения, и направления. Есть несколько широко используемых методов сложения:

Правило параллелограмма. Сложение векторов по правилу параллелограмма.

Процедура сложения векторов по правилу параллелограмма заключается в следующем:

• нарисовать первый вектор, учитывая его величину и направление
• от начала первого вектора нарисовать второй вектор, также используя и его величину, и его направление
• дополнить рисунок до параллелограмма, считая, что два нарисованных вектора — это его стороны
• результирующим вектором будет диагональ параллелограмма, причем его начало будет совпадать с началом первого (а, значит, и второго) вектора.

Правило треугольника. Сложение векторов по правилу треугольника.

Сложение векторов по правилу треугольника заключается в следующем:

• нарисовать первый вектор, используя данные о его длине ( числовой величине) и направлении
• от конца первого вектора нарисовать второй вектор, также учитывая и его размер, и его направление
• результирующим вектором будет вектор, начало которого совпадает с началом первого вектора, а конец — с концом второго.

Тригонометрический способ. Сложение векторов тригонометрическим способом.

Результирующий вектор сложения двух компланарных векторов может быть вычислен с помощью теоремы косинусов:

• F_рез. = [ F₁ 2 + F₂ 2 -2 F₁ F₂ cos(180 о -α) ] 1/2 (1)
  • где
    • F = числовое значение вектора
    • α = угол между векторами 1 и 2

Угол между результирующим вектором и одним из исходных векторов может быть вычислен по теореме синусов:

• β = arcsin[ F₂ *sin(180 o -α) / F_R ] (2)
  • где
    • α = угол между исходными векторами

Пример — сложение векторов.

Сила 1 равна 5кН и воздействует на тело в направлении, на 80 o отличающемся от направления действия второй силы, равной 8 кН.

Результирующая сила вычисляется следующим образом:

F_рез = [ (5 кН) 2 + (8 кН) 2 — 2 (5 кН)(8 kН) cos(180 o — (80 o )) ] 1/2

Угол между результирующей силой и первой силой равен:

А угол между второй и результирующей силой можно посчитать следующим образом: as

α = arcsin [ (5 кН) sin(180 o — (80 o )) / (10,2 кН) ]

Он-лайн калькулятор сложения векторов.

Калькулятор ниже может быть использован для любвых векторных величин ( силы, скорости и т.д.) Точка начала вектора совпадает с началами обоих исходных векторов.

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

Сложение и вычитание векторов

Формулы сложения и вычитания векторов

Формулы сложения и вычитания векторов для плоских задач

В случае плоской задачи сумму и разность векторов a = < a_x ; a_y > и b = < b_x ; b_y > можно найти, воспользовавшись следующими формулами:

Формулы сложения и вычитания векторов для пространчтвенных задач

В случае пространственной задачи сумму и разность векторов a = < a_x ; a_y ; a_z > и b = < b_x ; b_y ; b_z > можно найти, воспользовавшись следующими формулами:

Формулы сложения и вычитания n -мерных векторов

В случае n -мерного пространства сумму и разность векторов a = < a ₁ ; a ₂ ; . ; a_n > и b = < b ₁ ; b ₂ ; . ; b_n > можно найти, воспользовавшись следующими формулами:

Примеры задач на сложение и вычитание векторов

Примеры плоских задач на сложение и вычитание векторов

Примеры пространственных задач на сложение и вычитание векторов

Примеры задач на сложение и вычитание векторов с размерностью большей 3

Любые нецензурные комментарии будут удалены, а их авторы занесены в черный список!

Добро пожаловать на OnlineMSchool.
Меня зовут Довжик Михаил Викторович. Я владелец и автор этого сайта, мною написан весь теоретический материал, а также разработаны онлайн упражнения и калькуляторы, которыми Вы можете воспользоваться для изучения математики.

Координаты вектора. Направляющие косинусы

Для решения задач с векторами необходимо определить вектор на плоскости или в пространстве, то есть дать информацию о его направлении и длине.

Координаты вектора

Пусть задана прямоугольная декартова система координат (ПДСК) $x O y$ и произвольный вектор $overline$, начало которого совпадает с началом системы координат (рис. 1).

Сумма двух векторов, заданных координатами

Чтобы найти сумму двух векторов, заданных своими координатами, надо сложить их соответствующие координаты.

Умножение вектора на число

Чтобы умножить вектор на число, надо каждую координату этого вектора умножить на заданное число.

Рассмотрим далее случай, когда начало вектора не совпадает с началом системы координат. Предположим, что в ПДСК заданы две точки $Aleft(a_ ; a_right)$ и $Bleft(b_ ; b_right)$. Тогда координаты вектора $overline=left(x_ ; y_right)$ находятся по формулам (рис. 4):

Чтобы найти координаты вектора, заданного координатами начала и конца, надо от координат конца отнять соответствующие координаты начала.

Задание. Найти координаты вектора $overline$, если $A(-4 ; 2), B(1 ;-3)$

Решение. $overline=(1-(-4) ;-3-2)=(5 ;-5)$

Направляющие косинусы

Направляющими косинусами вектора называются косинусы углов, образованных вектором с положительными направлениями осей координат.

Направление вектора однозначно задается направляющими косинусами. Для единичного вектора направляющие косинусы равны его координатам.

Здесь $alpha$, $beta$ и $gamma$ — углы, которые составляет вектор с положительными направлениями осей $O x$, $O y$ и $O z$ соответственно.

Основное свойство направляющих косинусов

Сумма квадратов направляющих косинусов равна единице.