向量的加法
我们为什么要区分一个量是“向量”还是“标量”呢? 因为它们遵循不同的运算法则。
案例解析
先看一个简单的例子:
玩家从A点出发,先向右移动4m到达B点,然后向左移动2m到达C点。分别计算玩家的路程和位移。
路程我们都很熟悉,就是移动路线的总长度,是一个没有方向的标量。
因此只需把两次移动的距离简单相加:
4 + 2 = 6
玩家移动的路程是6m。
“位移”是什么?
简单来说,就是“起点到终点的位置变化”,是有方向的向量。
位移的大小 = 起点到终点的距离 位移的方向 = 起点到终点的方向
很显然,C在A右边,且AC的距离是:
4 - 2 = 2
玩家的位移是向右2m(注意,位移是带方向的)。
不难看出,在计算位移的时候,“向右4m”与“向左2m”会相互抵消,最终得到的结果是向右2m,而不是6m。 这说明,向量相加的时候需要考虑方向,而不是简单的数值相加。
现在你应该明白“路程”和“位移”的区别了。
再看一个更复杂的例子:
玩家从A点出发,先向30°方向移动4m到达B点,然后向左(-90°方向)移动4m到达C点。计算玩家的路程和位移。
路程是没有方向的标量,可以直接相加,非常简单:
4 + 4 = 8
玩家移动的路程是8m。
而位移看的是起点和终点,也就是A和C。
把A和C连起来,位移的大小是d,位移的方向是θ。
那么这要怎么算呢?
有的同学应该反应过来了:用坐标啊。
先看AB:
运用我们前面学过的相对坐标+三角函数,不难解出:
x = 4 * sin(30) = 2
y = 4 * cos(30) = 3.76
所以B的坐标是(2, 3.76)。
再看BC:
向左移动4m,就是x坐标-4,y坐标不变:
x = 2 - 4 = -2
y = 3.76
所以C的坐标是(-2, 3.76)。
最后再分析AC:
已知坐标求距离和方向,这也难不住我们:
d = sqrt((-2)² + 3.76²) = 4
θ = arctan((-2) / 3.76) = -30
所以玩家的位移是:-30°方向4m
向量的加法法则
看完前面对位移的分析,就不难理解向量加法的法则了.
将两(多)个向量首尾相连,它们相加的结果 = 第一个向量的起点 → 最后一个向量的终点
还有另一个版本:
将两个向量的起点放在一起,以它们为两条边画平行四边形,它们相加的结果 = 起点 → 起点的对角
注:这两个法则说的其实是同一个东西。 不管你用哪个,得到的结果都是一样的。主要看你愿意怎么理解。
但是我们发现:这两个法则根本没法用于计算!如果想知道相加后向量的大小/方向,还是得借助坐标。 所以有没有更简单的办法?
<iframe
width="100%"
height="800px"
scrolling="no"
src="https://www.ccw.site/embed?id=simple-math/simple/lec0602&type=comment"
title="{小Simple也能看懂的Scratch常用数学知识 0602}"
frameBorder="0"
allow="accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture; web-share"
allowFullScreen
scrolling="0"
></iframe>