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如何证明向量内积的几何定义和代数定义相等? 即:a·b = |a||b|cosθ = x₁x₂ + y₁y₂ + z₁z₂

- 考虑使用余弦定理 - 注意箭头方向,why? ![](https://xdwise-1253986005.cos.ap-nanjing.myqcloud.com/202502031233181.png) - 参考三角形的向量表示

证明思路:

  1. 利用向量减法和模长
  2. 应用余弦定理
  3. 展开代数式

具体步骤:

  1. 设 c = a - b,则 |c|² = (a-b)·(a-b)

  2. 根据余弦定理: |c|² = |a|² + |b|² - 2|a||b|cosθ

  3. 展开(a-b)·(a-b): |c|² = (x₁-x₂)² + (y₁-y₂)² + (z₁-z₂)² = (x₁² + y₁² + z₁²) + (x₂² + y₂² + z₂²) - 2(x₁x₂ + y₁y₂ + z₁z₂) = |a|² + |b|² - 2(x₁x₂ + y₁y₂ + z₁z₂)

  4. 由2)和3)相等: |a|² + |b|² - 2|a||b|cosθ = |a|² + |b|² - 2(x₁x₂ + y₁y₂ + z₁z₂)

  5. 因此: |a||b|cosθ = x₁x₂ + y₁y₂ + z₁z₂

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提示

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这个证明的关键点和启示是什么?

思考证明的核心思路

关键点:

  1. 巧用向量减法构造新向量
  2. 余弦定理桥接几何和代数
  3. 模长的两种表达方式

启示:

  1. 几何问题可转化为代数
  2. 余弦定理是重要工具
  3. 向量运算的等价性
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提示

思考证明的核心思路

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这个证明方法还可以用在哪些场合?

思考类似的证明情境

应用场景:

  1. 证明其他向量运算的等价定义
  2. 建立几何量与代数量的关系
  3. 验证向量空间的性质
  4. 推导新的向量恒等式
  5. 解决向量几何问题
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提示

思考类似的证明情境