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向量的发展史(关于向量那些事)

向量的发展史(关于向量那些事)【用有向线段表示向量】大约公元前350年前,古希腊著名学者亚里士多德就知道了力可以表示成向量,两个力的组合作用可用著名的平行四边形法则来得到。“向量”一词来自力学、解析几何中的有向线段。最先使用有向线段表示向量的是英国大科学家牛顿。【力的平行四边形法则】我们通常用点表示位置,用射线表示方向,长度表示大小,所以在平面内,向量常用一条有向线段来表示,有向线段的长度表示向量的大小,箭头所指的方向表示向量的方向。向量也可用字母a、b、c等表示,或用表示向量的有向线段的起点和终点字母表示。向量的大小,也就是向量的长度(或称模),记作|a|。长度为0的向量叫做零向量,记作0。(注意粗体格式,实数“0”和向量“0”是有区别的,书写时要在实数“0”上加箭头,以免混淆)。长度等于1个单位长度的向量,叫做单位向量。二、

一、

向量是高中数学课程中的重要内容,早在19世纪就已成为数学家和物理学家研究的对象,它首先是由英国数学家哈密在20世纪初引入中学数学。

向量的发展史(关于向量那些事)(1)

【哈密顿】

我国在1996年高中数学教学大纲中引入了向量。向量具有丰富的物理背景,向量既是几何的研究对象,又是代数的研究对象。它是沟通代数、几何的桥梁,是重要的数学模型。向量理论的起源与发展主要有三条线索:物理学中的速度和力的平行四边形法则、位置几何、复数的几何表示在数学中。

向量的发展史(关于向量那些事)(2)

【力的平行四边形法则】

我们通常用点表示位置,用射线表示方向,长度表示大小,所以在平面内,向量常用一条有向线段来表示,有向线段的长度表示向量的大小,箭头所指的方向表示向量的方向。向量也可用字母a、b、c等表示,或用表示向量的有向线段的起点和终点字母表示。向量的大小,也就是向量的长度(或称模),记作|a|。长度为0的向量叫做零向量,记作0。(注意粗体格式,实数“0”和向量“0”是有区别的,书写时要在实数“0”上加箭头,以免混淆)。长度等于1个单位长度的向量,叫做单位向量。

二、

大约公元前350年前,古希腊著名学者亚里士多德就知道了力可以表示成向量,两个力的组合作用可用著名的平行四边形法则来得到。“向量”一词来自力学、解析几何中的有向线段。最先使用有向线段表示向量的是英国大科学家牛顿

向量的发展史(关于向量那些事)(3)

【用有向线段表示向量】

到了18世纪中叶之后,欧拉、拉格朗日、拉普拉斯和柯西等的工作,直接导致了在19世纪中叶向量力学的建立。同时,随着数学的发展,莱布尼兹的位置几何学中用到了向量,于是向量概念变为近代数学中重要和基本的概念之一。

向量的发展史(关于向量那些事)(4)

【牛顿】

三、

但从数学发展史来看,历史上很长一段时间,空间的向量结构并未被数学家们所认识。直到19世纪末20世纪初,人们才把空间的性质与向量运算联系起来使向量成为具有一套优良运算通性的数学体系。

向量的发展史(关于向量那些事)(5)

【空间向量坐标系】

向量能够进入数学并得到发展,首先应从复数的几何表示谈起。18世纪末期,挪威测量学家威塞尔首次利用坐标平面上的点来表示复数a bi,并利用具有几何意义的复数运算来定义向量的运算。

【复数与向量的关系】

从此,复数的几何表示成为人们探讨的热点。哈密顿在做3维复数的模拟物的过程中发现了四元数。随后,吉布斯和亥维赛在四元数基础上创造了向量分析系统,最终被广为接受把坐标平面上的点用向量表示出来,并把向量的几何表示用于研究几何问题与三角问题。从此,人们逐步接受了复数,也学会了利用复数来表示和研究平面中的向量,向量就这样平静地进入了数学。

四、

在物理中,向量就是矢量,是物理学中最重要的物理量。物理中的矢量是向量的原型,向量及其运算是物理中矢量及其运算的抽象。因此,向量在物理中有广泛应用是不言而喻的。向量与物理学中的力学、运动学等有着天然的联系。很多物理量如力、速度、位移以及电场强度、磁感应强度等都是向量.

向量的发展史(关于向量那些事)(6)

【受力分析,就是向量分解与合成】

将向量这一工具应用到物理中,可以使物理题解答更简捷、更清晰.并且向量知识不仅是解决物理许多问题的有利工具,而且用数学的思想方法去审视相关物理现象,研究相关物理问题,可使我们对物理问题认识更深刻。

向量的发展史(关于向量那些事)(7)

【物理中电磁场图,也是向量】

五、

随着计算机科技,定位技术与数学的结合,向量在机器人设计与操控、卫星定位、飞船设计等现代技术中也有着广泛的应用。因此,我们不能把向量的应用只局限在解决几何问题中。实际上,向量是解决几何问题的一种有效工具,但是向量的强大功能不仅仅是为了解决几何问题、几何证明而存在的。

向量的发展史(关于向量那些事)(8)

【在现代很多技术中都用到了向量】

向量的学习,有助于我们认识数学与实际生活以及物理等学科的紧密联系,有助于我们理解数学运算的意义及价值,发展运算能力,有助于我们掌握处理几何问题的代数方法,体会数形结合思想,有助于增进我们对数学本质的理解,体会向量在刻画和解决实际问题中的作用,从中感受数学的应用价值。

在高中,向量的应用,大多是和坐标平面的整合(或者空间坐标系),这时关键是确定点的坐标,再确定向量的坐标。从而达到向量关系与坐标关系的互译,解决更多的实际问题。

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