Đến nội dung chính
Gia Sư SVGia Sư SVTận tâm · Minh bạch · Đồng hành

Bài 3: Biểu thức tọa độ các phép toán vectơ

TOÁN 12 · CHƯƠNG 2 · BÀI 3

Bài 3: Biểu thức tọa độ các phép toán vectơ

Tính tổng, hiệu và tích vô hướng theo tọa độ; giải thích điều kiện vuông góc, cùng phương và góc giữa hai vectơ.

Nhớ công thức – làm ví dụ – tự kiểm tra – luyện bài đúng dạng.

Quy tắc hình bình hành cộng hai vectơ u, v Hai vectơ u từ O đến U và v từ O đến V. Điểm S là đỉnh thứ tư của hình bình hành OUSV, vectơ tổng u+v là vectơ từ O đến S. Đoạn US song song và bằng OV; đoạn VS song song và bằng OU. OUVS u v u + v Hai cạnh: US // OV VS // OU Phóng to hình ↗

🎯 Học xong bài này

Phép toán tọa độCộng, trừ, nhân vectơ với số thực.
Tích vô hướngTính độ dài và góc từ tích vô hướng.
Hai vectơ cùng phươngGiải đúng hệ ba phương trình, kể cả thành phần 0.
Khoảng cách – tham sốỨng dụng trong bài toán Oxyz và vuông góc.

📘 Bảng công thức chính xác

Đặt u = (a; b; c), v = (d; e; f), k ∈ ℝ. Các phép toán được thực hiện trên từng tọa độ cùng vị trí.

u + v = (a+d; b+e; c+f)
u − v = (a−d; b−e; c−f)
ku = (ka; kb; kc)
u · v = ad + be + cf
|u| = √(a²+b²+c²)

Góc giữa hai vectơ khác 0:

cos θ = (u·v) / (|u| |v|), 0° ≤ θ ≤ 180°
Vuông góc: Với hai vectơ khác vectơ-không, u ⟂ v ⇔ ad + be + cf = 0.
Cùng phương: Với v ≠ 0, u và v cùng phương khi tồn tại k sao cho (a; b; c) = k(d; e; f). Không tùy tiện chia tọa độ nếu có mẫu bằng 0.

Khoảng cách hai điểm

Nếu A(x₁;y₁;z₁), B(x₂;y₂;z₂) thì:

AB = √[(x₂−x₁)² + (y₂−y₁)² + (z₂−z₁)²]

Khi tính góc giữa hai đường thẳng không xét hướng, có thể cần lấy trị tuyệt đối của cos để lấy góc không tù. Đừng nhầm với góc giữa hai vectơ có hướng.

📐 Nhìn hình để nhớ phép cộng

Hai vectơ xuất phát cùng gốc O. Hãy hoàn thành hình bình hành; đường chéo từ O chính là vectơ tổng. Trong tọa độ, điều này tương ứng với việc cộng ba thành phần.

Quy tắc hình bình hành cộng hai vectơ u, v Hai vectơ u từ O đến U và v từ O đến V. Điểm S là đỉnh thứ tư của hình bình hành OUSV, vectơ tổng u+v là vectơ từ O đến S. Đoạn US song song và bằng OV; đoạn VS song song và bằng OU. OUVS u v u + v Hai cạnh: US // OV VS // OU
Trong hình bình hành OUSV, OS = OU + OV. Vectơ tổng (màu cam) có gốc O và điểm cuối S; hai nét đứt là các cạnh còn lại của hình bình hành.
🤔 Hai vectơ vuông góc thì độ dài tổng tính ra sao?
Nếu u·v = 0, thì |u+v|² = |u|² + |v|². Đây là định lý Pythagore viết bằng vectơ.

💡 Sáu ví dụ giải rõ từng bước

Ví dụ 1. Tổng, hiệu, tổ hợp tuyến tính

Cho u = (1; −2; 2), v = (2; 1; 0). Tính u + v và 2u − v.

Tổng: (1+2; −2+1; 2+0) = (3; −1; 2).
Tổ hợp: 2u = (2; −4; 4); 2u−v = (2−2; −4−1; 4−0) = (0; −5; 4).

Ví dụ 2. Kiểm tra vuông góc và góc

Vẫn với u=(1;−2;2), v=(2;1;0).

Tích vô hướng: u·v = 1·2 + (−2)·1 + 2·0 = 0.
Độ dài: |u| = √(1+4+4) = 3; |v| = √(4+1+0) = √5.
Kết luận: Hai vectơ khác 0 có u·v = 0 nên vuông góc; góc bằng 90°.

Ví dụ 3. Tính khoảng cách hai điểm

Cho A(1; 2; 3) và B(4; 6; 3). Tính AB.

Bước 1: AB = (3; 4; 0).
Bước 2: AB = √(3²+4²+0²) = 5.

Ví dụ 4. Tìm m để hai vectơ cùng phương

Cho u = (2; 4; 6), v = (1; m; 3). Tìm m để u và v cùng phương.

Bước 1: Nếu u = k·v thì thành phần thứ nhất cho k = 2.
Bước 2: Thành phần thứ hai: 4 = 2m ⇒ m = 2.
Kiểm lại: Thành phần thứ ba: 6 = 2·3 (đúng). Vậy m = 2.
⚠️ Vì sao không nên viết ngay 2/1 = 4/m = 6/3?
Vì phương pháp tỉ số dễ sai khi một tọa độ ở mẫu bằng 0, và cần kiểm tra đồng thời cả ba thành phần. Đặt u = k·v là cách tổng quát và an toàn hơn khi v ≠ 0.

Ví dụ 5. Tính góc 60° không cần hình vẽ

Cho u=(1; 1; 0), v=(1; 0; 1). Tính góc giữa u và v.

Bước 1: u·v = 1; |u| = √2; |v| = √2.
Bước 2: cosθ = 1/(√2·√2) = 1/2 ⇒ θ = 60°.

Ví dụ 6. Tham số để hai vectơ vuông góc

Cho u=(m; 2; −1), v=(3; m; 1). Tìm m để u ⟂ v.

Giải: u·v = 3m + 2m − 1 = 5m−1. Cho bằng 0 được m = 1/5.
Kiểm tra: Thế m = 1/5 vào tích vô hướng: 5·(1/5) − 1 = 0.

🧠 Bốn điều phải nhớ

Cộng – trừCùng vị trí x, y, z
Tích vô hướngad + be + cf
Vuông gócTích vô hướng bằng 0 với hai vectơ khác 0
Cùng phươngu = k v; kiểm cả ba thành phần

🎯 Tự kiểm tra trước khi luyện bài

Câu 1. Độ dài vectơ (2; −1; 2) bằng?
Xem lời giải
√(2²+(−1)²+2²) = √9 = 3.
Câu 2. u·v âm với hai vectơ khác 0 thì góc giữa chúng?
Xem lời giải
Vì cosθ < 0 nên 90° < θ ≤ 180°. Nếu θ < 180° thì đó là góc tù; θ = 180° là góc bẹt khi hai vectơ ngược hướng.
Câu 3. Hai vectơ (1; 2; 0) và (2; −1; 1) có vuông góc không?
Xem lời giải
Tích vô hướng 1·2 + 2·(−1) + 0·1 = 0. Cả hai vectơ đều khác 0 nên vuông góc.

✏️ Luyện tập cùng Học & Thi

Ba bộ đã được duyệt, 26 câu và chia đúng dạng bài: