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向量的夹角公式是什么

2025-10-25 01:55:45

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向量的夹角公式是什么,真的急需答案,求回复!

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2025-10-25 01:55:45

向量的夹角公式是什么】在数学中,向量是具有大小和方向的量,常用于几何、物理和工程等领域。当我们需要计算两个向量之间的夹角时,通常会使用向量的点积(内积)来推导出它们之间的夹角公式。

一、基本概念

- 向量:表示为 $\vec{a} = (a_1, a_2, ..., a_n)$ 或 $\vec{b} = (b_1, b_2, ..., b_n)$。

- 夹角:两个向量之间形成的最小角度,范围在 $0^\circ$ 到 $180^\circ$ 之间。

- 点积(内积):$\vec{a} \cdot \vec{b} = a_1b_1 + a_2b_2 + ... + a_nb_n$。

二、夹角公式

设两个非零向量 $\vec{a}$ 和 $\vec{b}$ 的夹角为 $\theta$,则它们的夹角公式为:

$$

\cos\theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{a} \cdot \vec{b}}

$$

其中:

- $\vec{a} \cdot \vec{b}$ 是向量的点积;

- $\vec{a}$ 和 $\vec{b}$ 分别是向量 $\vec{a}$ 和 $\vec{b}$ 的模(长度)。

三、公式推导说明

1. 点积可以表示为:

$$

\vec{a} \cdot \vec{b} = \vec{a} \vec{b} \cos\theta

$$

2. 由此可得:

$$

\cos\theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{a} \vec{b}}

$$

3. 最终通过反余弦函数(arccos)求得夹角:

$$

\theta = \arccos\left( \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{a} \vec{b}} \right)

$$

四、总结表格

项目 内容
公式名称 向量夹角公式
公式表达式 $\cos\theta = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{\vec{a} \cdot \vec{b}}$
公式含义 两向量夹角的余弦值等于它们的点积除以各自模长的乘积
应用领域 几何、物理、计算机图形学等
计算步骤 1. 计算点积;2. 计算模长;3. 代入公式求余弦值;4. 反余弦函数求角度
注意事项 向量不能为零向量;结果角度范围为 $0^\circ$ 至 $180^\circ$

五、实际应用举例

例如,若 $\vec{a} = (3, 4)$,$\vec{b} = (1, 2)$,则:

- 点积:$\vec{a} \cdot \vec{b} = 3 \times 1 + 4 \times 2 = 3 + 8 = 11$

- 模长:$\vec{a} = \sqrt{3^2 + 4^2} = 5$,$\vec{b} = \sqrt{1^2 + 2^2} = \sqrt{5}$

- 夹角余弦:$\cos\theta = \frac{11}{5 \times \sqrt{5}} = \frac{11}{5\sqrt{5}}$

- 夹角:$\theta = \arccos\left(\frac{11}{5\sqrt{5}}\right) \approx 36.87^\circ$

通过上述公式和方法,我们可以准确地计算出两个向量之间的夹角,广泛应用于各种科学与工程问题中。

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