向量的投影微课堂

用户_mE1HmHRA

此模板适用于中小学微课制作。

视频脚本

同学们好,欢迎来到数学微课堂!今天我们要探索一个有趣的问题 —— 向量也有影子吗?没错,这就是数学中的‘投影’与‘投影向量’。接下来的4分钟,让我们一起从生活现象出发,揭开投影的神秘面纱。

我们的课堂将分为情境引入、投影长度推导以及构建投影向量三个部分

第一部分是情境引入

首先,我们来看一个生活场景:阳光下的物体会留下影子。对于向量而言,“影子”的长度就是向量在某个方向上的“投影长度”。

以这个动画为例,我们考虑如下变换:过向量B的起点C和终点D,分别作向量A所在直线的垂线,垂足分别为G,F,得到向量GF,即向量C。上述变换称为向量B向向量A投影,向量C为向量B在向量A上的投影向量,投影长度是向量C的模长。

在情境引入中,我们学习了投影向量的定义以及影响投影向量的因素。通过动画,我们可知,向量B向向量A平移对投影向量C不产生影响,向量B的模长、方向及向量A、B的夹角α均对投影向量C有影响,那么问题来了:如何计算投影长度?又该如何用数学语言描述投影向量呢?带着这两个问题,我们进入下一步探究。

接下来,老师带大家进行投影长度的推导

我们固定向量A,改变向量B的长度和它与向量A的夹角α。观察动画,当α为锐角时,投影长度可以表示为B的模长乘cosα

我们发现,当α为直角时,投影长度为0

而当α为钝角时,我们可以通过推导得出,投影长度为向量b的模长乘cos (π-α)=等于负b的模长乘cosα。综上,我们可以看到,无论向量A、B的夹角是锐角、直角还是钝角,投影长度始终等于向量b的模长乘以夹角余弦的绝对值。

通过推导,我们可知向量B对向量A投影长度始终为向量B的模长乘cosα的绝对值

接下来,我们要从‘投影长度’过渡到‘投影向量’。投影向量不仅包含长度,还需要考虑方向。

我们先引入向量A的单位向量E=向量A除以向量A的模长,它的方向与向量A相同,模长为1。显然,投影向量与E共线,AE=λE。当α为锐角时,投影向量AE与E同向,λ=b的模长乘以cosα 投影向量AE=λE=b的模长乘以cosα乘向量E;

当 α 为直角时,λ=0,故投影向量AE=0=(b的模长乘cos(π/2))乘向量E=(b的模长乘cosα)乘向量E

当 α 为钝角时,AE与向量E反向,λ=负向量b的模长乘cos(π-α) =向量b的模长乘cosα ,投影向量AE=λE=(向量b的模长乘cosα)再乘向量E。 因此,无论哪种情况,投影向量都可以统一表示为 AE=(向量b的模长乘cosα) 乘向量E。

那么通过以上学习,我们可知,在任何情况下,投影向量都可以统一表示为 AE=(向量b的模长乘cosα) 乘向量E。

通过今天的学习,我们理解了投影与投影向量的定义,掌握了用公式表示投影长度和投影向量的方法。希望大家课后通过练习巩固知识,尝试用数学眼光观察生活中的投影现象。

感谢观看,我们下次课再见!

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