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1、上页下页几何与线性代数几何与线性代数柳庆新柳庆新 讲授讲授上页下页第第1 1章章 几何向量及其应用几何向量及其应用第一节第一节 向量及其线性运算向量及其线性运算1.定义（向量）既有数值大小（非负），又有方向的量。2.定义（范数/模）向量 的数值大小一、向量的概念一、向量的概念零向量，单位向量上页下页4.定义位于同一直线上，或位于相互平行的直线上思考：两个向量 三个向量 线性相关 平行？共面？3.定义且方向相同；且方向相反。上页下页引例引例:力的合成-平行四边形法 三角形法注1：和与起点O的选取无关1.1.加法运算：加法运算：3：加法法则（四条）4：向量可以相加，但不可以比较大小5：范数可比较大
2、小二、向量的线性运算及其性质二、向量的线性运算及其性质A运算法则：运算法则：2：减法上页下页2.2.数乘运算：数乘运算：注1：数乘向量性质（四条）注2：线性运算、单位向量、向量空间（线性空间）运算法则：运算法则：3 3.模的性质：模的性质：上页下页三、向量的共线与共面三、向量的共线与共面1.共线共线：方向相同或相反 约定：零向量共线于任何向量定理定理1 1：特别地，上页下页2.2.共面共面：将向量的支点放在同一点时，它们在同一平面上。（或，平行于同一平面的向量）推论推论：定理定理2：平行六面体定理3：上页下页定义定义 设 1，2，n 是一组向量，1、若 k1，k2，kn是一组实数,称向量 =k
3、1 1+k2 2+kn n 为向量组 1 1 ，2 2 ，n n 的线性组合的线性组合称可以由1，2，n,线性表示。线性表示。k1 1+k2 2+kn n=0则称向量组 1，2，n 线性相关，否则，称它们线性无关。注：注：若若 1，2，n 线性无关,则k1 1+k2 2+kn n=0k1=k2=kn=0 2、若存在不全为零的k1，k2，kn，满足上页下页空间解析几何：用数量来研究向量的问题，空间解析几何：用数量来研究向量的问题，类似于平面解析几何需引入空间坐标系的概念。类似于平面解析几何需引入空间坐标系的概念。回顾：回顾：OGNPxzyM第二节第二节 空间坐标系空间坐标系上页下页一、仿射坐标系
4、一、仿射坐标系 定义（仿射坐标系）定义（仿射坐标系）：空间中一点O以及三个有次序的不共面向量e1,e2,e3,构成空间中一仿射坐标系，记为O;e1,e2,e3 上页下页1.1.定义（直角坐标系）：定义（直角坐标系）：e1,e2,e3为单位向量且两两垂直 此时坐标向量记为i,j,k注1：三坐标轴，三坐标平面两两垂直注2：规定x,y,z轴的正方向，使之成右手系定理定理：向量在坐标系o;i,j,k上的坐标x,y,z分别是 在相应坐标轴上的投影。即()i=x,()j=y,()k=zzxyABOMC二、直角坐标系二、直角坐标系上页下页2.2.定义（方向余弦）定义（方向余弦）例例：已知=（-3，6，2）,
5、求的方向余弦和与平行的单位向量 注2：单位向量的表示法（两个）注1：|=？（勾股定理）在空间直角坐标系中，向量 与三个坐标向量 的夹角 称为向量的方向角；方向角的余弦 称为向量 的方向余弦。上页下页第三节第三节 向量的内积、外积和混合积向量的内积、外积和混合积1.引例（做功引例（做功）2.2.定义两向量间的夹角：定义两向量间的夹角：(I)已知两个非零向量，经平行移动后使它们有共同的始点(II)夹角的范围无向角(III)几种类型AA一、两个向量的内积一、两个向量的内积上页下页3.3.内积定义内积定义注1:内积是数，非向量。规定:零向量和任何向量正交（垂直）定理：定理：内积的运算法则内积的运算法则
6、 正定性交换律结合律 分配律（重要）注4:注3:注2:上页下页4.4.向量投影定义：向量投影定义：注：投影是一数 正交投影向量：oBAoBA上页下页1.外积定义外积定义：注1：注2：性质性质：反交换律 结合律 分配律例例：二、两个向量的外积二、两个向量的外积上页下页重点回顾 内积 外积 交角 cos sin 垂直 平行 应用 平行四边形上页下页有了坐标，便将 几何运算代数运算1.1.线性运算线性运算加法 数乘 距离2.2.内积内积 三、向量运算的坐标表示三、向量运算的坐标表示上页下页3.3.外积外积引进二阶行列式，规定太繁！再次书写外积的结果！注意：的顺序注：如何记忆？两两组合！上页下页上页下
7、页4.4.体积与行列式体积与行列式PO注1：为何加|？上页下页定义（混合积）：定义（混合积）：推论：推论：用行列式表示混合积用行列式表示混合积四、三个向量的混合积四、三个向量的混合积上页下页ACBD（30）（5）上页下页定义（法向量）：定义（法向量）：平面通过一点M0(x0,y0,z0)且垂直于一条直线l 设向量n/l,则称n为平面的法向量，坐标(a,b,c)根据：根据：平面方程：一、平面的点法式方程一、平面的点法式方程第四节第四节 平面及其方程平面及其方程上页下页平面的一般方程：平面的一般方程：ax+by+cz+d=0 (a2+b2+c20)二、平面的一般方程二、平面的一般方程：定理定理1
8、1：每一个平面可用ax+by+cz+d=0表出，其中a2+b2+c20定理定理2 2：任给ax+by+cz+d=0，其中a2+b2+c20，则它恒代表 一个平面。上页下页确定平面的条件：确定平面的条件：三个不共线的点三个不共线的点1、三点式方程（例）、三点式方程（例）三、其它的平面方程三、其它的平面方程：上页下页实质：三点式方程 M1（a，0，0），M2（0，b，0），M3（0，0，c），且 abc 0平面方程：平面方程：2、截距式方程、截距式方程(例例1.4.3)上页下页总 结平面：（一）一点一点 +两个不平行的向量两个不平行的向量 （三向量共面）（三向量共面）（二）一点一点 +法向量法向量
9、例：例：求通过x轴和点(4,-3,-1)的平面方程用两种方法（过原点）上页下页特殊平面1.a=02.d=0平面过原点3.d=a=0平面过x轴4.a=b=0平面/xoy平面平面/x轴上页下页注意要加绝对值！四、两个平面的位置关系四、两个平面的位置关系上页下页!如何找出交线上的点解：解：为什么?上页下页点到平面的距离：点到平面的距离：d=?上页下页直线：一个点 +一个方向（直线的方向）1.1.参数方程参数方程第五节第五节 空间直线及其方程空间直线及其方程一、空间直线的参数方程与对称式方程一、空间直线的参数方程与对称式方程上页下页2.2.对称式方程（标准方程、点向式方程）对称式方程（标准方程、点向式
10、方程）直线L的方向向量的坐标m，n，p称为直线L的方向数。上页下页注：中点的表示（参数方程）3.3.两点式方程两点式方程上页下页1.1.一般式方程一般式方程（两平面的交线）二、空间直线的一般式方程二、空间直线的一般式方程上页下页2.2.一般式与对称式间的互换一般式与对称式间的互换解：解：（1）（2）上页下页3.3.平面束平面束原因：原因：过直线L的平面有无穷多个问题：问题：如何表示这些过l的平面（平面束）？上页下页三、直线与平面、二直线之间的位置关系三、直线与平面、二直线之间的位置关系1 1、两直线间的相互位置、两直线间的相互位置给定两条直线（1）若共面，则平行相交重合（2）异面上页下页已知：2、直线与平面的位置关系直线与平面的位置关系上页下页M0M0M1注：d与M0的选择无关四、点到直线的距离四、点到直线的距离设直线L方程为：上页下页olP0P1