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附加数学 · 向量

平行向量与三点共线

算式是对的,可是“共线”的结论一直拿不到分。

两个向量平行,是指其中一个是另一个的倍数,即 a = kb。三点共线则要求两个向量平行,而且有一个公共点。

这一课属于向量单元,学之前要先会写分量形式的向量。

怎样检验两个向量平行?

把一个向量写成另一个的 k 倍,再对比分量。两个分量必须给出同一个 k。

设 a = (m + 1)i + 6j,b = 4i + 8j,求 m 使 a 平行于 b。

  1. 写 a = kb,即 (m + 1)i + 6j = k(4i + 8j)。
  2. 对比 j 的部分:6 = 8k,所以 k = 3/4。
  3. 对比 i 的部分:m + 1 = 4k = 3,所以 m = 2。

检验:a = 3i + 6j,而 (3/4)(4i + 8j) = 3i + 6j,两边相等。

共线有什么不同?

共线说的是点,所以两个向量必须有一个共有的点。平行说的只是方向。

对 A、B、C 三点,常用的检验是 AB = k BC。B 同时出现在两个向量里,所以 A、B、C 在同一条线上。

这一点在图形题里很重要。如果 AB = 2 CD,只能说 AB 平行于 CD,找不到公共点,就不能说它们共线。

例题:求缺少的坐标

已知 A(1, 2),B(3, 7),C(5, h)。若 A、B、C 共线,求 h。

先求两个向量,都是终点减起点。

  • AB = (3 − 1, 7 − 2) = (2, 5)
  • BC = (5 − 3, h − 7) = (2, h − 7)

写 AB = k BC。第一个分量给出 2 = 2k,所以 k = 1。第二个分量给出 5 = k(h − 7) = h − 7,所以 h = 12。

换一条路线检验:从 A 到 C(5, 12) 的向量是 (4, 10),而 2 × (2, 5) = (4, 10)。三点在同一条线上,B 是公共点。

会丢分的错误

常见的失误是写到“AB = 2 BC,所以向量平行”就停笔,可是题目问的是共线。

步骤 不完整 完整
关系式 AB = 2BC AB = 2BC
理由 “所以平行” “AB 平行于 BC,B 是公共点”
结论 没有 “所以 A、B、C 共线”

另一个失误是只对比一个分量,就当另一个也成立。两个分量都要检验,因为未知数常常在第二个分量里。

自我检查

已知 P(−1, 3),Q(2, 4),R(8, t)。求 t 使 P、Q、R 共线。

答案

PQ = (3, 1),QR = (6, t − 4)。

写 QR = k PQ。第一个分量给出 6 = 3k,所以 k = 2。第二个分量给出 t − 4 = 2 × 1 = 2,所以 t = 6。

检验:PR = (9, 3) = 3 × (3, 1),所以点 R(8, 6) 在过 P、Q 的直线上。公共点是 Q,所以 P、Q、R 共线。

接下来学什么

下一课图形中的向量比例用同样的想法,求一个点怎样分割线段。更难的图形题,可以看向量的依赖关系与比例推理,也可以做向量练习题检查整个单元。

错题记录能帮你找出自己总是跳过哪一步。如果算式没错,却总在结论那句出问题,可以看线上一对一附加数学补习。

常见问题

两个向量平行,代表三点共线吗?

不一定。平行只说明方向相同。共线还需要两个向量有一个公共点,例如 AB = kBC,B 同时在两个向量里,A、B、C 才在同一条线上。

求未知数时,两个分量都要对吗?

要。先用一个分量求出 k,再用另一个分量求出未知数。只对比一个分量就假设另一个也成立,是常见的失误。

k 可以是负数吗?

可以。k 是负数,表示两个向量方向相反,但仍然平行。对 AB = kBC,k 为正数时 B 在 A 和 C 之间,k 为负数时 B 不在 A 和 C 之间。

结论应该怎样写?

写出三部分:关系式、公共点、结论。例如“AB = 2BC,B 是公共点,所以 A、B、C 共线”。

如果算式没错,却总在结论那一句丢分,一对一的老师可以陪你逐行读自己写的理由。

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