Скалярное произведение векторов

Урок
Скалярное произведение векторов

Цели: познакомить учащихся с понятием угла между векторами; ввести скалярное произведение векторов; рассказать о применении скалярного произведения векторов в физике, механике; развивать логическое мышление учащихся; воспитывать математическую культуру; развивать интерес к математике.

Ход урока

1.Организационный момент. Учащимся сообщается тема и план урока.

2.Актуализация знаний. Цели: повторить действия с векторами, понятие длины вектора

Учащиеся отвечают на вопросы: Повторим действия с векторами: 1.Что мы называем  вектором? Какие действия над векторами вы знаете? УСТНО.

Диагонали параллелограмма АВСD пересекаются в точке О.  В  С

какие векторы коллинеарны вектору ?  О

Какие векторы сонаправлены с вектором ?

Какие векторы равны вектору ?  А  Д

Изучение нового материала.

Цели:  ввести понятия угла между векторами и  скалярного произведения векторов, сформулировать и доказать необходимое и достаточное условие перпендикулярности векторов, научить решать задачи. в лекционной форме излагается теоретический материал по теме с помощью опорного конспекта.

Учитель. Сегодня мы познакомимся с еще одним действием над векторами: скалярным произведением векторов. Это понятие тесно связано с таким понятием как угол между векторами, поэтому мы сначала познакомимся с этим понятием. 

Ввести понятие угла между векторами и Пусть даны два вектора и . Рассмотрим сначала, случай, когда векторы не являются сонаправленными. От произвольной точки О отложим векторы , .  Лучи ОА и ОВ образуют угол АОВ. Градусную меру этого угла обозначим буквой ? и будем говорить, что угол между векторами и равен ?. Угол между векторами и обозначается так?( , ).

Угол между векторами

1.Если векторы а и b сонаправлены, в частности один из них или оба нулевые, то угол между векторами равен 0°.

2.Два вектора называются перпендикулярными, если угол между ними равен 90°

3.Угол? между векторами и не зависит от выбора точки О, от которой откладываются векторы и . 4. Обозначение угла между векторами: .

5. Определение углов между векторами на рисунке 301.

Введение еще одного действия над векторами – скалярного умножения векторов.  В  отличие  от  суммы и разности векторов скалярное произведение есть число (скаляр) – именно это и обусловило название операции.

9. В тетрадях учащиеся оформляют таблицу:

Определение. Скалярным произведением векторов называется произведение их длин на косинус угла между ними

скалярное произведение векторов

Если и , то

а) (0 ? < 90°) <=> ( > 0); б) (90° < ? 180°) <=> (< 0);

в) <=> ( = 0); г) (= 0°) <=> .

10. Скалярное произведение векторов широко используется в физике. Например, из курса механики известно, что работа А постоянной силы при перемещении тела из точки М в точку N (рис. 303) равна произведению длин векторов силы и перемещения на косинус угла между ними: .

Пример.

. Сos 135° = cos (180° – 45°) = – cos 45° = .

Скалярное произведение в координатах

Свойства скалярного произведения векторов:

1) ? 0 ( > 0 при 0); 2) ;

3) ; 4) .

III. Закрепление изученного материала.

1. Решить задачи №№ 000 (а, б, ж, з) и 1040 (а, д, е) по готовым чертежам квадрата и ромба, заранее выполненным на доске.

2. Решить задачу № 000 (в).

I. Проверочная работа (10 мин).

Вариант I

1. Известно, что , где и – координатные векторы. Выпишите координаты вектора .

2. Дан вектор (0; 5). Запишите разложение вектора по координатным векторам и .

3. Даны векторы (–1; 2) и (2; 1). Найдите координаты суммы векторов и .

4. Найдите координаты вектора , если (–3; 0).

5. Даны векторы (5; 6) и (–2; 3). Найдите координаты вектора .

6. Две стороны треугольника равны 7 и 3 см, а угол между ними равен 120°. Найдите третью сторону треугольника.

7. в треугольнике АВС угол А = 45°, АВ = 2, АС = 3. Вычислите .

8. Скалярное произведение ненулевых векторов и равно нулю. Чему равен угол между векторами и ?

Вариант II

1. Дан вектор (3; 0). Запишите разложение вектора по координатным векторам и .

2. Известно, что , где и – координатные векторы. Выпишите координаты вектора .

3. Найдите координаты вектора –, если (0; –2).

4. Даны векторы (2; –1) и (3; –1). Найдите координаты разности векторов и .

5. Даны векторы (–1; 9) и (3; –2). Найдите координаты вектора .

6. В треугольнике МРQ угол M = 135°; МР = 5, МQ = 2. Вычислите .

7. Две стороны треугольника равны 3 и 9 м, а угол между ними равен 60°. Найдите третью сторону треугольника.

8. Чему равно скалярное произведение координатных векторов и ?

II. Изучение нового материала.

1. Скалярное произведение двух векторов можно вычислить, зная координаты этих векторов.

2. Изучение теоремы о скалярном произведении векторов в координатах и свойств скалярного произведения полезно построить так, чтобы учащиеся сами проводили алгебраические преобразования.

Полученные результаты можно записать в тетради и вынести в настенную таблицу:

Скалярное произведение в координатах

Свойства скалярного произведения векторов:

1) ? 0 ( > 0 при 0); 2) ;

3) ; 4) .

III. Закрепление изученного материала.

1. Решить задачу № 000 (объясняет учитель):

Дано: = 8; = 15; АВС = 120°. Найти: . Решение Пусть ;

, тогда по правилу треугольника (или по правилу параллелограмма вектор есть равнодействующая сила ).

C = 180° – 120° = 60° (сумма односторонних углов равна 180°). По теореме косинусов из треугольника ВСD найдем ВD:

BD2 = BC2 + CD2 – 2BC •  CD •  cos C =

= 82 + 152 – 2 •  8 •  15 •  = 64 + 225 – 120 = 169;

= 169;  = 13.

Ответ: 13.

5. Решить задачу № 000. Решение

= 1 •  2 cos 60° + 2 •  2 cos 60° = 2 • + 4 • = 1 + 2 = 3.

Ответ: 3.

6. Решить задачу № 000 на доске и в тетрадях (для угла А объясняет учитель):

Решение

1) cos A =

cos A = ;  cos A = , то A = 60°.

2) cos B = ;  

= 1 + 12 = 13;

BC = = 3,5;

cos B = ? 0,9286;  B находим по таблицам Брадиса:

B ? 21°47?. 3) C = 180° – 60° – 21°47? ? 98°13?.

Ответ: A = 60°;  B ? 21°47?;  C ? 98°13?.

7. Решить задачу № 000. Решение

= 52 – 2 •  5 •  2 cos 90° + 22 – 42 =

= 25 + 4 – 16 = 13; = 13.

Ответ: 13.

8. Решить задачу № 000. Решение По условию .

= 9 •  1 – 24 •  1•  1 •  0 + 16 •  1 = 25.

= 25, тогда = 5.

Ответ: 5.

I. Математический диктант (10 мин).

Вариант I

1. Вычислите скалярное произведение векторов и , если , а угол между ними равен 120°.

2. Скалярное произведение ненулевых векторов и равно 0. Определите угол между векторами и .

3. Вычислите скалярное произведение векторов и , если (3; –2), (–2; 3).

4. Найдите угол между ненулевыми векторами (х; у) и (–у; х).

5. Вычислите  косинус  угла  между  векторами  и , если (3; –4), (15; 8).

6. Даны векторы (2; –3) и (х; –4). При каком значении х эти векторы перпендикулярны?

Вариант II

1. Вычислите скалярное произведение векторов и , если , а угол между ними равен 135°.

2. Скалярное произведение ненулевых векторов и равно нулю. Определите угол между этими векторами.

3. Вычислите скалярное произведение векторов и , если (–4; 5), (–5; 4).

4. Найдите угол между ненулевыми векторами (х; –у) и (у; х).

5. Вычислите  косинус  угла  между  векторами и , если (–12; 5), (3; 4).

6. Даны векторы (3; у) и (2; –6). При каком значении у эти векторы перпендикулярны?

II. Решение задач.

1. Решить задачу № 000 (б, е, з) на доске и в тетрадях, используя микрокалькулятор.

2. Решить задачу № 000 на доске и в тетрадях.

Решение

Пусть АВСD – данный ромб. Выразим векторы и через векторы и :

используя эти выражения, получаем:

так как АD = АВ. Следовательно, АС ВD, то есть доказали, что диагонали ромба взаимно перпендикулярны.

3. Решить задачу № 000 на доске и в тетрадях.

Решение АВ = ВС = АС = а; ВD АС. а) cos 60° = = a •  a •  = a2;

б)

cos 120° = cos (180° – 60°) = –cos 60° = –.

в) •  cos 90° = 0, так как cos 90° = 0;

г) •  cos 0° = a •  a •  1 = a2.

ответ: а) a2;  б) –a2;  в) 0;  г) а2.

4. Решить задачу № 000.

Решение

Скалярный квадрат вектора равен квадрату его длины, тогда

.

= 52 – 2 •  5 •  8 • + 82 = 25 – 40 + 64 = 49, ;  значит,
= 7.

Опорный конспект.

Опорный конспект по теме: «Скалярное произведение векторов»

Повторим действия с векторами: 1.Что мы называем  вектором? Какие действия над векторами вы знаете? УСТНО.

Диагонали параллелограмма АВСD пересекаются в точке О.  В  С

какие векторы коллинеарны вектору ?  О

Какие векторы сонаправлены с вектором ?

Какие векторы равны вектору ?  А  Д

Изучение новой темы. Обозначение угла между векторами: .

1. Угол  между векторами и не зависит от выбора точки О, от которой откладываются векторы и .

2. Угол между сонаправленными векторами считается равным нулю.

3.Два вектора называются перпендикулярными, если угол между ними равен 90°

Задание 1.

Скалярное произведение векторов. Определение. Скалярным произведением векторов называется произведение их длин на косинус угла между ними.

Если и , то  а) (0 ? < 90°) <=> ( > 0);  б) (90° < ? 180°) <=> (< 0);

в) <=> ( = 0); г) (= 0°) <=> .

Пример. Длина вектора а равна 2, а длина вектора в равна 3 и угол между ними 1350.  Найдите скалярное произведение векторов.

Скалярное произведение в координатах

Свойства скалярного произведения векторов: 1) ? 0 ( > 0 при 0);  2) ;

3) ;  4) .