Lý thuyết Bài 2: Tổng và hiệu của hai vectơ – Chân trời

Lý thuyết Bài 2: Tổng và hiệu của hai vectơ – Chân trời
============

1.1. Tổng của hai vectơ

Cho hai vectơ \(\overrightarrow a\) và \(\overrightarrow b\). Từ một điểm A tùy ý, lấy hai điểm B, C sao cho  \(\overrightarrow {AB}  = \overrightarrow a \), \(\overrightarrow {BC}  = \overrightarrow b \). Khi đó \(\overrightarrow {AC} \) được gọi là tổng của hai vecto  \(\overrightarrow a\), \(\overrightarrow b\) được kí hiệu là \(\overrightarrow a  + \overrightarrow b \).  Vậy \(\overrightarrow a  + \overrightarrow b  = \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {BC}  = \overrightarrow {AC} \)

Quy tắc ba điểm:

Với 3 điểm M, N, P ta có: \(\overrightarrow {MN}  + \overrightarrow {NP}  = \overrightarrow {MP} \)

Quy tắc hình bình hành:

Nếu OABC là hình bình hành thì ta có \(\overrightarrow {OA}  + \overrightarrow {OC}  = \overrightarrow {OB} \)

Chú ý:

+ Khi công hai vectơ theo quy tắc ba điểm, điểm cuỗi của vectơ thứ nhât phải là điểm đầu của vectơ thứ hai.

Ví dụ: Cho các điểm E, F, G, H, K. Thực hiện các phép cộng vecto

\(\overrightarrow {EF}  + \overrightarrow {FH} ;\overrightarrow {FK}  + \overrightarrow {KG} ;\overrightarrow {HF}  + \overrightarrow {HE} \)

Giải

Áp dụng quy tắc ba điểm, ta có:

\(\begin{array}{l}
\overrightarrow {EF}  + \overrightarrow {FH}  = \overrightarrow {EH} ;\\
\overrightarrow {FK}  + \overrightarrow {KG}  = \overrightarrow {FG} ;\\
\overrightarrow {HF}  + \overrightarrow {HE}  = \overrightarrow {EE}  = \overrightarrow 0.
\end{array}\)

1.2. Tính chất của phép cộng các vectơ

Phép cộng vecto có các tính chất sau: + Tính chất giao hoán: \(\overrightarrow a  + \overrightarrow b  = \overrightarrow b  + \overrightarrow a \) + Tính chất kết hợp: \((\overrightarrow a  + \overrightarrow b ) + \overrightarrow c  = \overrightarrow a  + (\overrightarrow b  + \overrightarrow c )\) + Với mọi vecto \(\overrightarrow a ,\) ta luôn có: \(\overrightarrow a  + \overrightarrow 0  = \overrightarrow 0  + \overrightarrow a  = \overrightarrow a \)

Chú ý: \(\overrightarrow a  + ( – \overrightarrow a ) = \overrightarrow 0 \) (Tổng hai vecto đối luôn bằng vecto-không)

Ví dụ: Cho tứ giác ABCD. Thực hiện các phép cộng vecto sau: \(\left( {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {CA} } \right) + \overrightarrow {BC} \)

Giải

Áp dụng tính chất giao hoán và kết hợp của phép cộng vecto, ta có:

\(\left( {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {CA} } \right) + \overrightarrow {BC}  = \left( {\overrightarrow {CA}  + \overrightarrow {AB} } \right) + \overrightarrow {BC}  = \overrightarrow {CB}  + \overrightarrow {BC}  = \overrightarrow {CC}  = \overrightarrow 0 \)

1.3. Hiệu của hai vectơ

Hiệu của hai vecto \(\overrightarrow a  – \overrightarrow b  = \overrightarrow a  + \left( { – \overrightarrow b } \right)\)

Chú ý: Cho ba điểm O, A, B ta có: \(\overrightarrow {OB}  – \overrightarrow {OA}  = \overrightarrow {AB} \)

Ví dụ:  Cho các điểm M, N, P, Q. Thực hiện các phép trừ vecto sau: \(\overrightarrow {MN}  – \overrightarrow {PN} ;\overrightarrow {PM}  – \overrightarrow {PQ} \)

Giải

Ta có: 

\(\begin{array}{l}
\overrightarrow {MN}  – \overrightarrow {PN}  = \overrightarrow {MN}  + \overrightarrow {NP}  = \overrightarrow {MP} ;\\
\overrightarrow {PM}  – \overrightarrow {PQ}  = \overrightarrow {PM}  + \overrightarrow {QP}  = \overrightarrow {QP}  + \overrightarrow {PM}  = \overrightarrow {QM} .
\end{array}\)

1.4. Tính chất vectơ của trung điểm đoạn thẳng và trọng tâm tam giác

+) M là trung điểm AB \( \Leftrightarrow \overrightarrow {MA}  + \overrightarrow {MB}  = \overrightarrow 0 \) +) G là trọng tâm của \(\Delta ABC\) \( \Leftrightarrow \overrightarrow {GA}  + \overrightarrow {GB}  + \overrightarrow {GC}  = \overrightarrow 0 \)

Ví dụ:  Cho tứ giác ABCD cóI, J lần lượt là trung điểm của AB, CD và O là trung điểm của IJ. Chứng minh \(\overrightarrow {OA}  + \overrightarrow {OB}  + \overrightarrow {OC}  + \overrightarrow {OD}  = \overrightarrow 0 \)

Giải

Do I, J, O lần lượt là trung điểm của AB, CD và Ị nên:

\(\overrightarrow {IA}  + \overrightarrow {IB}  = \overrightarrow 0 ;\overrightarrow {JC}  + \overrightarrow {JD}  = \overrightarrow 0 ;\overrightarrow {OI}  + \overrightarrow {OJ}  = \overrightarrow 0 \)

Ta có: 

\(\begin{array}{l}
\overrightarrow {OA}  + \overrightarrow {OB}  + \overrightarrow {OC}  + \overrightarrow {OD}  = \left( {\overrightarrow {OI}  + \overrightarrow {IA} } \right) + \left( {\overrightarrow {OI}  + \overrightarrow {IB} } \right) + \left( {\overrightarrow {OJ}  + \overrightarrow {JC} } \right) + \left( {\overrightarrow {OJ}  + \overrightarrow {JD} } \right)\\
 = \left( {\overrightarrow {OI}  + \overrightarrow {OJ} } \right) + \left( {\overrightarrow {IA}  + \overrightarrow {IB} } \right) + \left( {\overrightarrow {OI}  + \overrightarrow {OJ} } \right) + \left( {\overrightarrow {JC}  + \overrightarrow {JD} } \right)\\
 = \overrightarrow 0 
\end{array}\)

Câu 1:  Cho hình thang ABCD có đáy là AB và CD. Cho biết \(\overrightarrow a  = \overrightarrow {AC}  + \overrightarrow {CB} ;\overrightarrow b  = \overrightarrow {DB}  + \overrightarrow {BC} \). Chứng minh rằng hai vectơ \(\overrightarrow a \) và \(\overrightarrow b \) cùng hướng.

Hướng dẫn giải

Áp dụng quy tắc ba điểm ta có:

\(\overrightarrow a  = \overrightarrow {AC}  + \overrightarrow {CB}  = \overrightarrow {AB} \); \(\overrightarrow b  = \overrightarrow {DB}  + \overrightarrow {BC}  = \overrightarrow {DC} \)

Mà ABCD là hình thang nên AB//DC. Mặt khác vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và vectơ \(\overrightarrow {DC} \) đều có hướng từ trái sang phải, suy ra vectơ \(\overrightarrow {AB} \) và vectơ \(\overrightarrow {DC} \)cùng hướng

Vậy hai vectơ \(\overrightarrow a \) và \(\overrightarrow b \) cùng hướng.

Câu 2:  Cho tam giác đều ABC cạnh có độ dài là a. Tính độ dài vectơ \(\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AC}\) 

Hướng dẫn giải

Áp dụng quy tắc hình bình hành vào ABDC ta có:

\(\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AC}  = \overrightarrow {AD}  \Rightarrow \left| {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AC} } \right| = \left| {\overrightarrow {AD} } \right| = AD\)

Gọi O là giao điểm của AD và BC, ta có:

\(AO = \sqrt {A{B^2} – B{O^2}}  = \sqrt {A{B^2} – {{\left( {\frac{1}{2}BC} \right)}^2}}  = \sqrt {{a^2} – {{\left( {\frac{a}{2}} \right)}^2}}  = \frac{{a\sqrt 3 }}{2}\)

\(AD = 2AO = a\sqrt 3  \Rightarrow \left| {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AC} } \right| = a\sqrt 3 \)

Vậy độ dài vectơ \(\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AC} \) là \(a\sqrt 3 \)

Câu 3:  Cho hình vuông ABCD có cạnh bằng 1. Tính độ dài các vectơ sau:

a) \(\overrightarrow a  = \left( {\overrightarrow {AC}  + \overrightarrow {BD} } \right) + \overrightarrow {CB} ;\)                       

b) \(\overrightarrow a  = \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AD}  + \overrightarrow {BC}  + \overrightarrow {DA} .\) 

Hướng dẫn giải

a) \(\begin{array}{l}\overrightarrow a  = \left( {\overrightarrow {AC}  + \overrightarrow {BD} } \right) + \overrightarrow {CB}  = \left( {\overrightarrow {AC}  + \overrightarrow {CB} } \right) + \overrightarrow {BD} \\ = \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {BD}  = \overrightarrow {AD}  \Rightarrow \left| {\overrightarrow {AD} } \right| = AD = 1\end{array}\)

b) \(\begin{array}{l}\overrightarrow a  = \overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {AD}  + \overrightarrow {BC}  + \overrightarrow {DA}  = \left( {\overrightarrow {AB}  + \overrightarrow {BC} } \right) + \left( {\overrightarrow {AD}  + \overrightarrow {DA} } \right)\\ = \overrightarrow {AC}  + \overrightarrow {AA}  = \overrightarrow {AC}  + \overrightarrow 0  = \overrightarrow {AC} \end{array}\)

\(AC = \sqrt {A{B^2} + B{C^2}}  = \sqrt {{1^2} + {1^2}}  = \sqrt 2 \)

\( \Rightarrow \left| {\overrightarrow {AC} } \right| = \sqrt 2 \)

Câu 4:  Cho hình bình hành ABCD có tâm O. Tìm ba điểm M, N, P thỏa mãn:

a) \(\overrightarrow {MA}  + \overrightarrow {MD}  + \overrightarrow {MB}  = \overrightarrow 0 \) 

b) \(\overrightarrow {ND}  + \overrightarrow {NB}  + \overrightarrow {NC}  = \overrightarrow 0 \)     

c) \(\overrightarrow {PM}  + \overrightarrow {PN}  = \overrightarrow 0 \)

Hướng dẫn giải

a) Áp dụng tính chất trọng tâm ta có: \(\overrightarrow {MA}  + \overrightarrow {MD}  + \overrightarrow {MB}  = \overrightarrow 0 \)

Suy ra M là trọng tâm của tam giác ADB

Vậy M nằm trên đoạn thẳng AO sao cho \(AM = \frac{2}{3}AO\)

b) Tiếp tục áp dụng tính chất trọng tâm \(\overrightarrow {ND}  + \overrightarrow {NB}  + \overrightarrow {NC}  = \overrightarrow 0 \)

Suy ra N là trọng tâm của tam giác BCD

Vậy N nằm trên đoạn thẳng OD sao cho \(ON = \frac{1}{3}OD\)

c) Áp dụng tính chất trung điểm ta có: \(\overrightarrow {PM}  + \overrightarrow {PN}  = \overrightarrow 0 \)

Suy ra P là trung điểm của đoạn thẳng MN

Vậy điểm P trùng với điểm O

===========
Chuyên mục: Chương 5: Vectơ