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矢志不渝:从物理矢量到平面向量的几何表示
MATH1002CA-PEP-CN Lesson 1
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速度/位移 物理中的矢量概念是平面向量的起源
在物理学中,我们经常遇到位移、力、速度等量,它们不仅有大小,还有方向。在数学中,我们把既有大小又有方向的量叫做向量 (vector),而只有大小没有方向的量(如质量、时间、长度)称为数量(物理学中称标量)。

向量的几何表示与基本概念

为了直观研究向量,我们利用具有方向的线段,即有向线段 (directed line segment) 来表示它。有向线段包含三个要素:起点、方向、长度。

  • 向量的长度: 向量 $\vec{AB}$ 的大小称为向量的长度(或称模),记作 $|\vec{AB}|$。
  • 特殊向量: 长度为 0 的向量叫做零向量 (zero vector),记作 $\mathbf{0}$;长度等于 1 个单位长度的向量叫做单位向量 (unit vector)
  • 位置关系: 方向相同或相反的非零向量叫做平行向量 (parallel vectors),也叫共线向量 (collinear vectors)。规定:$\mathbf{0}$ 与任一向量平行。
向量的核心在于“脱离位置的束缚”。只要长度相等且方向相同,无论起点在哪里,它们都是相等向量
$$\boldsymbol{a} = \boldsymbol{b} \iff |\boldsymbol{a}| = |\boldsymbol{b}| \text{ 且方向相同}$$