Присоединиться

Геометрия·Векторы и координаты·9–11 класс

Найти длину суммы векторов, если известны их длины и угол между ними

Условие

Известно, что a=5|\vec{a}|=5 см, b=8|\vec{b}|=8 см, а угол между векторами a\vec{a} и b\vec{b} равен 120120^\circ. Найдите длину вектора a+b\vec{a}+\vec{b} и косинус угла между векторами a\vec{a} и a+b\vec{a}+\vec{b}.

Ответ

a+b=7|\vec{a}+\vec{b}|=7 см; косинус угла между a\vec{a} и a+b\vec{a}+\vec{b} равен 17\frac{1}{7}

Решение по шагам

  1. Шаг 1. Скалярное произведение через длины и угол

    По определению ab=abcosφ\vec{a}\cdot\vec{b}=|\vec{a}|\cdot|\vec{b}|\cdot\cos\varphi. Так как cos120=12\cos 120^\circ=-\frac{1}{2}, получаем ab=58(12)=20\vec{a}\cdot\vec{b}=5\cdot 8\cdot\left(-\frac{1}{2}\right)=-20 (см2^2). Отрицательный знак — верный признак тупого угла.

  2. Шаг 2. Квадрат длины как скалярный квадрат

    Ключевой приём: длину суммы ищут через её скалярный квадрат, ведь c2=cc|\vec{c}|^2=\vec{c}\cdot\vec{c}. Раскроем скобки как обычный квадрат суммы: a+b2=(a+b)(a+b)=a2+2ab+b2|\vec{a}+\vec{b}|^2=(\vec{a}+\vec{b})\cdot(\vec{a}+\vec{b})=|\vec{a}|^2+2\,\vec{a}\cdot\vec{b}+|\vec{b}|^2.

Осталось ещё 3 шага — откроются после входа:

  • Шаг 3. Подставляем числа
  • Шаг 4. Косинус угла между вектором и суммой
  • Шаг 5. Проверка через параллелограмм
Получить полное решение

Бесплатно · займёт минуту

Частые ошибки

  • Складывают длины: a+b=5+8=13|\vec{a}+\vec{b}|=5+8=13 см. Равенство верно только для сонаправленных векторов.

  • Берут cos120=+12\cos 120^\circ=+\frac{1}{2} и получают 12911,4\sqrt{129}\approx 11{,}4 см вместо 7 см.

  • В проверке по теореме косинусов подставляют сам угол 120120^\circ вместо смежного 6060^\circ — так находят вторую, длинную диагональ параллелограмма.

Другие задачи по теме «Векторы и координаты»