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回复:一直有个向量概念的问题

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参考我发的上一楼,我觉得过程可以这样写:
①先从平面几何证明余弦定理;
②用坐标定义向量,这个时候我们只知道两个向量的内积是“x_1*x_2+y_1*y_2”,不知道另一种表达方式,也不知道它和余弦值有什么联系,甚至不知道点积的乘法分配律,但我们可以算出来,假如向量c等于a-b,那么c²的值就是a²+b²-2a·b(点积),这个相当于是向量语境下的“余弦定理”;
③把向量对应到平面几何中进行理解,此时再对照平面几何的“余弦定理”,正好发现“向量a点乘向量b,就是a和b的模相乘,再乘以夹角余弦值”;④完成上面三步,我们就能发现向量完成了从代数到几何意义的转换,点积也被赋予了几何意义,那这个时候就已经算是承认两种余弦定理是同一个东西了。




IP属地:江苏来自Android客户端17楼2026-02-07 14:51
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    这个是人教版高中课本的内容。如图,图①先从物理概念引入,强制让你接受“向量a·向量b=|a||b|cosθ”;
    图②引入基底的概念后,可以推导出向量点积的坐标表示,就是x_1*x_2+y_1*y_2;
    图③直接根据图①中的内积定义,得到余弦定理。
    你发现了吗?这个过程有两处疑点,一是直接定义内积的几何表达形式,仅仅用物理算功的公式举了例子,没有说明这样做在数学上的合理性,整个定义比较天马行空;二是证明余弦定理的时候,又根据前面天马行空式的内积定义直接导出结果,这是个大问题。
    这两个问题也就是让你纳闷,让你发这篇帖子的关键疑点。
    那么比较妥当的过程应该是什么样?
    我觉得定义平面向量就应该从坐标表示开始讲起,先谈坐标表示,定义好加减法、数乘、点积。也就是说一开始应该单纯从代数运算说起,内积就直接定义为a·b=x_1*x_2+y_1*y_2。
    如果想介绍它和平面几何的联系,首先应该只用平面几何的知识,证明余弦定理成立,然后画出三角形,再根据余弦定理,证明a·b=x_1*x_2+y_1*y_2是等价于a·b=|a||b|cosθ的。
    也就是说向量在几何意义上的这些合理性,就应该由平面几何给出。
    向量本身是一个横跨“几何”与“代数”界限的工具,在这个“代数”层面,你随便定义向量,这都没问题,规则随便定也没人管,就跟规则怪谈一样,学生只要遵守种种规则进行运算就行了;
    而在“几何”方面,就该小心了,所有向量规则的制定都应该遵从现有的几何规则。平面向量加减法、数乘,这些被通过几何方式定义没事,它和现有的几何学不冲突,二者属于是各玩各的;那内积呢?内积不行。假如内积直接通过几何方式告诉你定义就是a·b=|a||b|cosθ,那就可以通过这个定义,结合加减法的定义,直接导出余弦定理,这就属于是越过三八线的行为了,完全是有瑕疵的。
    这也是为什么我说应该先从代数定义开始谈起,然后用现有的几何学的余弦定理,验证向量代数推出的余弦定理的合法性,从而让向量点乘有一个合理的“几何学”化身。





    IP属地:江苏来自Android客户端19楼2026-02-07 17:43
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      2026-04-10 20:37:39
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      不感兴趣
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      变成absinθ之后a×a就是0了,并且一些运算律也不再满足,不是余弦定理不成立,而是你什么都得不到


      IP属地:江苏来自Android客户端20楼2026-02-07 18:25
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        平面几何学是建立在欧几里得那几条公理体系的,中学也按这个教,而现代数学都是建立在ZFC上的.(不过Hilbert貌似严格化了这几条公理)事实上我们可以在一个实内积空间上定义点,距离,长度,角度的概念,此处即为2维欧式空间


        IP属地:陕西来自Android客户端21楼2026-02-23 09:32
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