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線性代數學習點(三):向量相加的幾何表示

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        向量的相加通常有兩種方式:三角形法則和平行四邊形法則。

三角形法則

        在幾何上,要將兩個位移向量結合在一起,一個顯然的策略是第一個向量的終點即為第二個向量的起點,如下圖所示。

                                        

        這即是向量加法三角形法則或者說“起點終點”法則的基礎:將第二個向量的起點置於第一個向量的終點,這樣,和向量的起點為第一個向量的起點,和向量的終點為第二個向量的終點。

平行四邊形法則

        另外一個方面,如果有兩個力作用在同一目標上,要將這兩個力向量合成,更好的選擇是兩個向量的起點相同,如下圖所示。

                                

        這即是向量相加平行四邊形法則或者說“起點起點”法則的基礎:將兩個向量的起點置於同一個點。兩個向量構成平行四邊形的兩條邊,平行四邊形的對角線即為和向量,如上圖所示。

        幸運的是,這兩個法則得到的結果是相同的:平行四邊形的一半即為三角形,如下圖所示。圖中,紫色向量為紅色向量和藍色向量的和向量。


        如果相加的兩個向量中有一個為0向量,由於0向量的起點和終點重合,因此無論是根據三角形法則還是平行四邊形法則,任意向量與0向量相加的結果是該向量: u + 0 = u or 0 + v =v.

        對於任一給定向量的負向量,其長度與原向量相同,但方向完全相反,如下圖所示。

                                

任意向量與其負向量相加的結果為0向量:v + (-v) = 0.

         藉助負向量,對於向量的相減,我們可以表述為一個向量與另一個向量的負向量相加: u - v = u + (-v),如下圖所示。

                                

         上圖是按照平行四邊形法則得到的結果,如果平移 u – v將其起點置於 v的終點,那麼其終點則位於u的終點,如下圖所示。

                                

        因此,如果u v有相同的起點,那麼從三角形法則的觀點看 u

v其起點位於v的終點,終點位於u的終點。或者說,uv是由uv構成的平行四邊形的另外一條對角線,如上圖所示。

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