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在中学数学中为什么要引入向量?
作者:王尚志 张…    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:4/5/2007

有人说,中学数学中引入向量,用向量来处理几何问题,是因为用向量比用综合几何的方法简单、容易。这种看法是不全面的。虽然有许多问题,用向量处理确实比用综合几何方法简单,但也可以找到用综合几何的方法处理更简单的问题。

向量之所以被引入到中学,这是因为向量在数学中占有重要的地位。向量作为一个既有方向又有大小的量,在数学中是一个最基本的概念。在现代数学的发展中起着不可替代的作用。是代数、几何、泛函分析等基础学科研究的基本内容。

向量是代数的对象。运算及其规律是代数学的基本研究对象。向量可以进行多种运算,如,向量的加法、减法,数与向量的乘法(数乘),向量与向量的数量积(也称点乘),向量与向量的向量积(也称叉乘)等。向量的这些运算包含了三种不同类型的代数运算。向量的运算具有一系列丰富的运算性质。与数运算相比,向量运算扩充了运算的对象和运算的性质。

向量是几何的对象。向量可以用来表示空间中的点、线、面。如果,以坐标系的原点为起点,向量就与空间中的点建立了一一对应关系;一点和一个非零向量可以唯一确定一条直线,它通过这个点且与给定向量平行;同样,一个点和一个非零向量,可以唯一确定一个平面,它过这个点且与给定向量垂直。在高维空间中,这种表示十分有用,还可以表示曲线,曲面。因此,向量可以描述、刻画和替代几何中的基本研究对象——点、线、面,它也是几何研究的对象。向量是几何研究对象,这种认识很重要。在立体几何中,可用向量来讨论空间中点、线、面之间的位置关系;判断线线、线面、面面的平行与垂直,用向量来度量几何体:计算长度、角度、面积等。随着数学视野不断拓展,这样的观念会给我们越来越多的用处。

向量是沟通代数与几何的一座天然桥梁。它不需要什么过渡。在数学中,我们有两座沟通代数与几何的桥梁,一是向量,一是坐标系。坐标系依赖于原点的选择。向量的优越性在于可以不依赖于原点,空间中每一点的地位是平等的,它不依赖坐标,因此,它比坐标系更一般、更重要。一方面,通过向量的运算可以解决几何中的问题。比如,两直线是否垂直的问题,就可以转化为两个向量的点积是否为零的问题,这就实现了利用代数方法来解决几何问题。另一方面,对于代数问题,通过向量可以给予几何的解释。比如,两个向量的点积为零,那么就说明这两个向量所表示的直线是相互垂直的等等。

 

 

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