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向 量 随 想
山东省实验中学 王金勇 2011年7月19日 10:11
孙宁于11-7-19 10:30推荐对向量的认识是深刻的,见解是独到的韩相河于11-7-19 16:21推荐作者对向量的作用分析透彻,理解深刻,很值得借鉴.向 量 随 想
随着研究对象(主要为数学、物理)的不断复杂,人们的研究工具不断升级,标量、向量、张量是一个渐次演变的运算工具体系,向量是这一体系中的一个重要环节,可以说向量的引入对学生而言就是打开了一扇窗:新的对象、新的工具、新的视角!
标量是0维的张量,是单变元的;向量是一维的张量,平面向量实质就是个二元量。它有两个独立的自由度:代数上有两个坐标(直角坐标或一般基底下的斜角坐标),几何上有长度和方向(这两个自由度“正交”),也即向量相比标量更复杂,是更强大的工具,可以更便于研究有多个变元自由度的研究对象。
平面向量与复数有着千丝万缕的关系,平面向量是复数的直观表示,复数是平面向量最好的代数表示,虽然复数有无比优良的运算系统,但仅限于二维问题,向量无论对平面还是空间都很擅长。
向量运算形式多种多样,有代数(字母)运算、几何运算、坐标运算等,具有简洁、直观性。向量的线性运算是向量两个自由度独立的表现。其中加、减在代数上类似合并同类项,各算各的,互不干涉;在几何上是按方向的加法,真正体现向量的相对性,自由性,最能体现这点的是灵活的三角形法则。向量的数乘,在代数上是比例,几何上是伸缩、位似(与方向即旋转独立)。向量的数量积形式上是三个量的积,隐含有角度信息,其精髓在投影。
向量可以用空间的两个基本度量即角度与距离表示,天生就是解决几何问题的,在平几、解几及立体几何中均应用广泛。一切与几何度量有关的几何对象诸如点、线、面;与其联系密切的方向类关系:平行、垂直、夹角,距离类中的长度(简便的向量路径、强大的投影算法)、平移,各种对称如轴对称(解析几何中关于直线的对称,点到直线的距离等)、镜面反射,面积、体积等方面它都能大显身手。
向量的计算直观、简便,不是难点,其工具性、优越性、易用性及应用的广泛性也毋庸置疑,困难在于对向量的认同和应用意识,主动使用、乐于使用才会善于使用!