在 r = p + λd 中,向量 p 说明直线经过哪里,d 说明它朝哪个方向延伸。d 的任何非零倍数都给出相同的方向,所以当两条直线的方向向量互为倍数时,它们平行。
这一课补齐了二维向量证明的工具箱。
如何读懂向量方程?
- 点: 令 λ = 0 得到 p,它是直线上的一点。
- 方向: d 就是方向。可以除以公因数来化简。
- 斜率(对列向量 (x, y)):y ÷ x。
- 检验点: 由一个坐标解出 λ,再核对另一个坐标。
- 平行检验: 看一个方向是否是另一个的倍数。
例题
直线 l:r = (2, −1) + λ(4, −6)。(a) 写出更简单的方向向量和斜率。(b) (8, −10) 在 l 上吗?(c) (6, −8) 在 l 上吗?
(a) (4, −6) = 2(2, −3),所以更简单的方向是 (2, −3)。斜率是 −3 ÷ 2 = −3/2。
(b) x:2 + 4λ = 8,所以 λ = 3/2。y:−1 − 6λ = −1 − 9 = −10。与 y 值吻合,所以 (8, −10) 在 l 上。
(c) x:2 + 4λ = 6,所以 λ = 1。y:−1 − 6(1) = −7,但该点的 y = −8。两个坐标不一致,所以 (6, −8) 不在 l 上。
要留意的错误
常见的失误是只检查 x 值。
错误做法: “对 (6, −8):2 + 4λ = 6,所以 λ = 1。存在 λ,所以该点在直线上。”
学生根本没有检验 y。
只看一个坐标,总能解出某个 λ。只有当同一个 λ 同时符合两个坐标时,点才在直线上。一定要把 λ 带到第二个坐标去核对。
自我检测
1. 直线 r = (3, 1) + λ(−2, 5)。写出 x 分量为正的一个方向向量,以及斜率。
显示答案
把 (−2, 5) 乘以 −1 得 (2, −5)。斜率 = −5 ÷ 2。
方向 (2, −5),斜率 −5/2
2. r = (1, 1) + λ(3, −2) 与 r = (0, 4) + μ(−6, 4) 平行吗?它们是同一条直线吗?
显示答案
(−6, 4) = −2(3, −2),所以两线平行。(0, 4) 在第一条线上吗?1 + 3λ = 0 得 λ = −1/3,此时 y = 1 − 2(−1/3) = 5/3,不是 4。
平行,但不是同一条直线。
3. 直线 r = (1, 0) + λ(2, k) 经过 (7, 6)。求 k。
显示答案
x:1 + 2λ = 7,所以 λ = 3。y:0 + 3k = 6。
k = 2
接下来学什么
在二维向量证明练习中把五项技能合在一起使用。如果参数的运算还需要时间,可以回头复习求交点。
如果你能读懂方程,但一到规划整个证明就犹豫,我们的老师可以通过线上一对一附加数学补习帮助你。