Biểu thức toạ độ của các phép toán vectơ
🖨 In phiếu tự học Vì sao nên in?
Một chiếc lều cắm trại có cột dựng thẳng đứng, đỉnh cột ở độ cao m. Hai sợi dây néo đi từ đỉnh cột xuống hai cọc trên mặt đất. Đặt chân cột ở gốc toạ độ, đơn vị mét: đỉnh cột là , hai cọc là và . Hai sợi dây hợp với nhau một góc bao nhiêu độ?
Bài trước cho ta toạ độ của điểm và vectơ. Bài này biến mọi phép toán vectơ, kể cả tích vô hướng, thành phép tính trên các con số, nên câu hỏi trên chỉ còn là vài phép nhân và cộng.
Cộng, trừ và nhân với một số
Vì và , ta gom các số hạng cùng vectơ đơn vị: Hiệu và tích với một số làm tương tự.
Điều kiện cùng phương cho ta cách kiểm tra ba điểm thẳng hàng: , , thẳng hàng khi và chỉ khi và cùng phương.
Tích vô hướng theo toạ độ
Khám phá: nhân phân phối với , ,
Ta tính thử bằng cách nhân phân phối. Có bốn tích: Vì còn các tích của hai vectơ đơn vị khác nhau bằng , chỉ còn . Đó đúng bằng : nhân các toạ độ cùng vị trí rồi cộng lại.
Vì sao đúng? Nhân phân phối như phần Khám phá cho chín tích; sáu tích của hai vectơ đơn vị khác nhau bằng , ba tích còn lại là , , . Lấy ta được .
Bây giờ ta trả lời câu hỏi chiếc lều. Góc giữa hai sợi dây là góc giữa hai vectơ cùng xuất phát từ đỉnh cột.
Giải bài toán hình học bằng toạ độ
Khi đã có toạ độ, nhiều câu hỏi hình học trở thành tính toán: hình bình hành cần , hai đường thẳng vuông góc cần tích vô hướng bằng .
Ví dụ cuối nhiều bước hơn, nên ta làm theo bốn bước.
Thuật ngữ
Tóm tắt
- Cộng, trừ, nhân với một số: làm trên từng toạ độ.
- cùng phương ; , , thẳng hàng , cùng phương.
- (một số); .
- ; .
- Góc của tam giác là góc giữa và .
- Hình bình hành : .
Luyện tập
Mỗi bài có phần kiến thức và gợi ý các bước. Hãy tự làm trước, rồi mới bấm xem lời giải.
Cho và . Tìm , và .
Kiến thức: cộng, trừ, nhân với một số từng toạ độ; .
Gợi ý các bước:
- Tính và trước.
- Nhân các toạ độ cùng vị trí rồi cộng.
Xem lời giải
. , , nên . .
Đáp số. ; ; .
Cho . Tính và tìm vectơ cùng hướng với có độ dài bằng .
Kiến thức: ; cùng hướng với và có độ dài .
Gợi ý các bước:
- Tính .
- Chia từng toạ độ cho .
Xem lời giải
, nên .
Đáp số. ; .
Tính góc giữa hai vectơ và .
Kiến thức: .
Gợi ý các bước:
- Tính , , .
- Tìm góc có cosin bằng kết quả.
Xem lời giải
Đáp số. .
Trong ba vectơ , , , những cặp nào vuông góc với nhau?
Kiến thức: .
Gợi ý các bước:
- Tính ba tích vô hướng , , .
- Chọn những tích bằng .
Xem lời giải
, , .
Đáp số. và ; và không vuông góc.
Tìm , để hai vectơ và cùng phương.
Kiến thức: cùng phương .
Gợi ý các bước:
- Tìm từ hoành độ: .
- Dùng cho hai toạ độ còn lại.
Xem lời giải
. Khi đó nên , và .
Đáp số. , .
Cho , , . Chứng minh tam giác vuông tại và tính diện tích của nó.
Kiến thức: tam giác vuông tại ; diện tích tam giác vuông bằng nửa tích hai cạnh góc vuông.
Gợi ý các bước:
- Tính , và tích vô hướng.
- Tính , .
Xem lời giải
, nên .
Đáp số. Tam giác vuông (và cân) tại ; .
Cho và . Mỗi khẳng định sau đúng hay sai?
a) .
b) .
c) .
d) .
Kiến thức: công thức độ dài, tích vô hướng, phép trừ theo toạ độ.
Gợi ý các bước:
- Tính và .
- Trừ từng toạ độ.
- Tính rồi độ dài của nó.
Xem lời giải
a) Đúng. .
b) Đúng. .
c) Sai. .
d) Sai. , nên .
Đáp số. a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Sai.
Một người kéo một chiếc xe trượt bằng lực (đơn vị: N). Xe dịch chuyển theo vectơ (đơn vị: m). Tính góc giữa lực kéo và hướng dịch chuyển (đơn vị: độ, làm tròn đến hàng đơn vị).
Kiến thức: ; trong vật lí, là công của lực (đơn vị: J).
Gợi ý các bước:
- Tính .
- Tính , rồi cosin của góc.
Xem lời giải
(Công của lực là J.)
Đáp số. .
(Ôn lại Vectơ và các phép toán trong không gian.) Ở bài trước, bằng cách phân tích vectơ, ta tính được góc giữa và trong hình lập phương bằng . Hãy tính lại bằng toạ độ, với hình lập phương cạnh , ở gốc, , , .
Kiến thức: toạ độ đỉnh của hình lập phương; công thức cosin của góc.
Gợi ý các bước:
- Viết và tìm , .
- Tính cosin.
Xem lời giải
Đáp số. , trùng với kết quả của bài trước.
Cho và . Tìm các điểm trên trục sao cho tam giác vuông tại .
Kiến thức: điểm trên có dạng ; vuông tại .
Gợi ý các bước:
- Viết , theo .
- Lập phương trình tích vô hướng bằng và giải.
Xem lời giải
, . Kiểm tra. Với : . Với : .
Đáp số. hoặc .
Kiểm tra mini
Chấm như đề thi tốt nghiệp THPT: Phần I mỗi câu 0,25 điểm; Phần II mỗi câu tối đa 1 điểm (đúng 1, 2, 3, 4 ý được 0,1; 0,25; 0,5; 1 điểm); Phần III mỗi câu 0,5 điểm.
Phần I. Trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn
nên . Phương án A sai dấu khi trừ , phương án C là , phương án D quên nhân với .
. Phương án B viết tích vô hướng thành một vectơ, phương án D sai dấu ở tích .
. Phương án C bằng , cùng phương với chứ không vuông góc; A và B cho tích vô hướng và .
, nên góc bằng . Phương án B bỏ qua dấu trừ của tích vô hướng.
Phần II. Trắc nghiệm đúng sai
| a) . | ||
| b) Tam giác vuông tại . | ||
| c) Diện tích tam giác bằng . | ||
| d) Góc lớn hơn . |
a) Đúng. b) Đúng: và . c) Sai: , , diện tích là . d) Đúng: , , , góc khoảng .
Phần III. Trắc nghiệm trả lời ngắn
, . Cao độ cho , , nên , và .
, và . Vậy , góc khoảng , làm tròn được .
Xem đáp án và giải thích
- Phần I, câu 1: B. nên . Phương án A sai dấu khi trừ , phương án C là , phương án D quên nhân với .
- Phần I, câu 2: C. . Phương án B viết tích vô hướng thành một vectơ, phương án D sai dấu ở tích .
- Phần I, câu 3: D. . Phương án C bằng , cùng phương với chứ không vuông góc; A và B cho tích vô hướng và .
- Phần I, câu 4: A. , nên góc bằng . Phương án B bỏ qua dấu trừ của tích vô hướng.
- Phần II, câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Sai; d) Đúng. a) Đúng. b) Đúng: và . c) Sai: , , diện tích là . d) Đúng: , , , góc khoảng .
- Phần III, câu 1: 3. , . Cao độ cho , , nên , và .
- Phần III, câu 2: 56,5. , và . Vậy , góc khoảng , làm tròn được .