我记得那会儿,刚接触几何向量,脑袋那叫一个懵。老师一说“直线的方向向量”,我就有点晕,心想这玩意儿到底是个它到底有啥用?我就知道线段能画出来,点能标出来,可一条直线,它可长可短,怎么才能固定它的“方向”?就跟我们平时出门问路一样,你告诉我往哪个方向走,我才能找到地方。这直线的方向,可不就是决定了它“走向”的关键嘛所以我就硬着头皮,一点点啃,后来发现也就那几板斧,掌握了就没那么玄乎了。我这就把我当初怎么弄明白这三板斧的,跟大家伙儿掰扯掰扯。
第一种方法:看到两个点,我忍不住就想把它们连起来
我琢磨着,一条直线嘛它总归是由无数个点组成的。那我在直线上随便找两个点,比如说点A和点B。我把它们俩连起来,是不是就得到一个向量AB?这个向量AB,它不就正好顺着这条直线走了吗?那我寻思,这个AB向量,不就是这条直线的方向向量了嘛
当时我就拿起纸和笔,随便画了条线,在上面点了个A点,坐标是(1, 2)。再点了个B点,坐标是(3, 5)。我就动手算了,B的坐标减去A的坐标,就是(3-1, 5-2) = (2, 3)。诶,这个(2, 3)不就是我想要的向量了嘛为了验证一下,我又在同一条线上找了另外两个点,比如说C点(-1, 0)和D点(1, 3)。我再用D的坐标减去C的坐标,(1-(-1), 3-0) = (2, 3)。你看,结果跟我第一次算的一样!就算我算出来的向量是(4, 6)或者(-2, -3),它也只是长度变了,方向还是那个方向。这就说明,只要是直线上任意两个点,你一减,得到的那个向量,就是这条直线的方向向量。这个方法我用起来最顺手,就是找两个点,然后一减,完事儿。
第二种方法:直线方程是个宝,藏着方向和法线
后来学到直线的方程了,那种一般式,什么Ax + By + C = 0 这种形式的。我当时就想,这方程除了能画线,还能不能告诉我方向向量?我记得老师讲过,对于这种一般式的方程,它的法向量是(A, B)。法向量是就是垂直于这条线的向量。我寻思,方向向量不是跟直线平行嘛那如果我能找到一个向量,它跟法向量(A, B)是垂直的,那这个向量不就是我直线的方向向量了嘛
我脑子里面转了几圈,突然想起来,两个向量垂直的话,它们的点积结果是零。那我就可以找一个(x, y),让Ax + By = 0。我当时就想,最简单的办法,不就是把(A, B)的坐标换个位置,再给其中一个加个负号嘛比如,我可以搞出来一个(B, -A)或者(-B, A)。
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我就立马试了试,比如一条直线方程是 2x + 3y + 5 = 0。那它的法向量就是(2, 3)。那我把3和2换个位置,得到3和2。再把2前面加个负号,就得到了(3, -2)。这个(3, -2)不就是我要找的方向向量了嘛我赶紧找这条线上的两个点验证一下。点(1, -7/3)和点(4, -13/3)都在这条线上。我用第二种方法一算:(4-1, -13/3 – (-7/3)) = (3, -6/3) = (3, -2)。还真是对上了!这个方法也挺好使的,不过前期得先记住法向量和方向向量之间垂直的这个关系。
第三种方法:参数方程,直接就给你指明了方向
还有一种情况,我有时候会遇到直线的参数方程。这个更直接了,就像在告诉我答案一样。参数方程一般写成这样:
- x = x₀ + at
- y = y₀ + bt
- z = z₀ + ct (如果是在三维空间里)
我当时一看,这a、b、c,不就是t前面的那些系数嘛我寻思,这个向量(a, b)或者(a, b, c)不就是直线的方向向量吗?因为它直接描述了当参数t变化的时候,直线上那个点是怎么移动的。就像你给汽车加油门,油门踩下去,车子就按照一定的速度和方向往前冲。
比如,我看到一个参数方程写着:
- x = 1 + 2t
- y = 3 – 5t
那我立马就能看出来,这条直线的方向向量就是(2, -5)。因为它清清楚楚地告诉你,t每增加1个单位,x坐标就增加2,y坐标就减少5。这个(2, -5)不就是这条线“走”的方向吗?简直是明摆着告诉你了,直接就能抄答案。这个方法,我觉得是最不用动脑子的,直接从方程里面扒拉出来就完事儿,省心省力。
这三种方法,我一开始都觉得挺新鲜的,有点难啃。但是后来实践多了,比如我偶尔写点小代码画画图,或者算点物理题,做点工程计算,就发现它们都殊途同归。熟练了之后,我看到题目给的条件,立马就能想到用哪个方法最快最方便。第一个方法最直观,就像你告诉我从这儿走到那儿,我就知道方向了。第二个方法有点绕,得先知道它“站立”的姿势(法向量),然后才能推算出它“前进”的姿势(方向向量)。第三个方法就跟查字典一样,答案直接就写在那儿了,最省事儿。现在我能把这三板斧用得溜溜的,以后遇到直线的方向问题,就再也不会犯迷糊了,肯定是手到擒来。



