Chào mừng bạn đến với bài học về Lý thuyết Tọa độ của vecto trong chương trình Toán 10 Chân trời sáng tạo tại giaibaitoan.com. Bài học này sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản và quan trọng nhất về tọa độ của vecto, giúp bạn giải quyết các bài toán một cách hiệu quả.
Chúng ta sẽ cùng nhau khám phá định nghĩa, các phép toán và ứng dụng của tọa độ vecto trong không gian hai chiều và ba chiều. Hãy sẵn sàng để nắm vững kiến thức này!
A. Lý thuyết 1. Tọa độ của vecto đối với một hệ trục tọa độ a) Trục tọa độ Trục tọa độ (gọi tắt là trục) là một đường thẳng trên đồ thị xác định một điểm O (gọi là điểm gốc) và một vectơ e có độ dài bằng 1 gọi là vectơ đơn vị của trục.
A. Lý thuyết
1. Tọa độ của vecto đối với một hệ trục tọa độ
a) Trục tọa độ
Trục tọa độ (gọi tắt là trục) là một đường thẳng trên đồ thị xác định một điểm O (gọi là điểm gốc) và một vectơ e có độ dài bằng 1 gọi là vectơ đơn vị của trục.
Ta ký hiệu trục đó là (O;e).
b) Hệ trục tọa độ
Hệ trục tọa độ \(\left( {O;\overrightarrow i ;\overrightarrow j } \right)\) gồm hai trục \(\left( {O;\overrightarrow i } \right)\) và \(\left( {O;\overrightarrow j } \right)\) vuông góc với nhau. Điểm góc O chung của hai trục gọi là gốc tọa độ.
Trục \(\left( {O;\overrightarrow i } \right)\) được gọi là trục hoành và ký hiệu là Ox, trục \(\left( {O;\overrightarrow j } \right)\) được gọi là trục tung và ký hiệu là Oy. Các vectơ \(\overrightarrow i \) và \(\overrightarrow j \) là các vectơ đơn vị trên Ox và Oy. Hệ trục tọa độ \(\left( {O;\overrightarrow i ;\overrightarrow j } \right)\) còn được ký hiệu là Oxy.
c) Tọa độ của một vecto
| Trong mặt phẳng Oxy, cặp số (x;y) trong biểu diễn \(\overrightarrow a = x\overrightarrow i + y\overrightarrow j \) được gọi là tọa độ của vecto \(\overrightarrow a \), kí hiệu \(\overrightarrow a = (x;y)\), x gọi là hoành độ, y gọi là tung độ của vecto \(\overrightarrow a \). |
Chú ý:
+ \(\overrightarrow a = (x;y) \Leftrightarrow \overrightarrow a = x\overrightarrow i + y\overrightarrow j \).
+ Nếu \(\overrightarrow a = ({x_1};{y_1})\) và \(\overrightarrow b = ({x_2};{y_2})\) thì \(\overrightarrow a = \overrightarrow b \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_1} = {x_2}\\{y_1} = {y_2}\end{array} \right.\).
d) Tọa độ của một điểm
| Trong mặt phẳng tọa độ, cho điểm M tùy ý. Tọa độ của vecto \(\overrightarrow {OM} \) được gọi là tọa độ của điểm M. |
Chú ý: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, ta có:
+ \(M(x;y) \Leftrightarrow \overrightarrow {OM} = x\overrightarrow i + y\overrightarrow j \).
+ Nếu \(\overrightarrow {OM} = (x;y)\) thì x gọi là hoành độ, y gọi là tung độ của điểm M.
2. Biểu thức tọa độ của các phép toán vecto
Cho hai vecto \(\overrightarrow a = ({a_1};{a_2})\), \(\overrightarrow b = ({b_1};{b_2})\) và số thực k. Khi đó: + \(\overrightarrow a + \overrightarrow b = ({a_1} + {b_1};{a_2} + {b_2})\). + \(\overrightarrow a - \overrightarrow b = ({a_1} - {b_1};{a_2} - {b_2})\). + \(k\overrightarrow a = (k{a_1};k{a_2})\) với \(k \in \mathbb{R}\). + \(\overrightarrow a .\overrightarrow b = {a_1}{b_1} + {a_2}{b_2}\). |
3. Áp dụng của tọa độ vecto
a) Liên hệ giữa tọa độ của điểm và tọa độ của vecto trong mặt phẳng
Cho hai điểm \(A({x_A};{y_A})\), \(B({x_B};{y_B})\). Ta có: \(\overrightarrow {AB} = ({x_B} - {x_A};{y_B} - {y_A})\). |
b) Tọa độ trung điểm của đoạn thẳng và trọng tâm của tam giác
Cho hai điểm \(A({x_A};{y_A})\) và \(B({x_B};{y_B})\). Nếu \(M({x_M};{y_M})\) là trung điểm đoạn thẳng AB thì \({x_M} = \frac{{{x_A} + {x_B}}}{2}\); \({y_M} = \frac{{{y_A} + {y_B}}}{2}\). Cho tam giác ABC có \(A({x_A};{y_A})\), \(B({x_B};{y_B})\), \(C({x_C};{y_C})\). Nếu \(G({x_G};{y_G})\) là trọng tâm tam giác ABC thì \({x_M} = \frac{{{x_A} + {x_B} + {x_C}}}{3}\); \({y_M} = \frac{{{y_A} + {y_B} + {y_C}}}{3}\). |
c) Ứng dụng biểu thức tọa độ của các phép toán vecto
Cho hai vecto \(\overrightarrow a = ({a_1};{a_2})\), \(\overrightarrow b = ({b_1};{b_2})\) và hai điểm \(A({x_A};{y_A})\) và \(B({x_B};{y_B})\). Ta có: + \(\overrightarrow a \bot \overrightarrow b \Leftrightarrow {a_1}{b_1} + {a_2}{b_2} = 0\). + \(\overrightarrow a \) và \(\overrightarrow b \) cùng phương \( \Leftrightarrow {a_1}{b_2} - {a_2}{b_1} = 0\). + \(\left| {\overrightarrow a } \right| = \sqrt {{a_1}^2 + {a_2}^2} \). + \(\left| {\overrightarrow {AB} } \right| = \sqrt {{{\left( {{x_B} - {x_A}} \right)}^2} + {{\left( {{y_B} - {y_A}} \right)}^2}} \). + \(\cos \left( {\overrightarrow a ,\overrightarrow b } \right) = \frac{{\overrightarrow a .\overrightarrow b }}{{\left| {\overrightarrow a } \right|.\left| {\overrightarrow b } \right|}} = \frac{{{a_1}{b_1} + {a_2}{b_2}}}{{\sqrt {{a_1}^2 + {a_2}^2} .\sqrt {{b_1}^2 + {b_2}^2} }}\) (\(\overrightarrow a \), \(\overrightarrow b \) khác \(\overrightarrow 0 \)). |
B. Bài tập
Bài 1: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho các điểm M, N, P, Q. Tìm tọa độ các vecto \(\overrightarrow {OM} \), \(\overrightarrow {ON} \), \(\overrightarrow {OP} \), \(\overrightarrow {OQ} \).
Giải:
Từ hình vẽ, ta có: M(-4;3), N(3;0), P(5;-2), Q(0;-3).
Do đó: \(\overrightarrow {OM} = ( - 4;3)\), \(\overrightarrow {ON} = (3;0)\), \(\overrightarrow {OP} = (5; - 2)\), \(\overrightarrow {OQ} = (0; - 3)\).
Bài 2: Tìm tọa độ của các vecto \(\overrightarrow a \), \(\overrightarrow b \) trong hình.
Giải:
Ta có:
\(\overrightarrow a = \overrightarrow {OA} \) và A(2;2); tọa độ vecto \(\overrightarrow {OA} \) chính là tọa độ điểm A nên \(\overrightarrow a = (2;2)\).
\(\overrightarrow b = \overrightarrow {OB} \) và A(1;-3); tọa độ vecto \(\overrightarrow {OB} \) chính là tọa độ điểm B nên \(\overrightarrow b = (1; - 3)\).
Bài 3: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho điểm A(1;2) và vecto \(\overrightarrow u = (3; - 4)\).
a) Biểu diễn vecto \(\overrightarrow u \) qua hai vecto \(\overrightarrow i \) và \(\overrightarrow j \).
b) Biểu diễn vecto \(\overrightarrow {OA} \) qua hai vecto \(\overrightarrow i \) và \(\overrightarrow j \).
Giải:
a) Vì \(\overrightarrow u = (3; - 4)\) nên \(\overrightarrow u = 3\overrightarrow i + ( - 4)\overrightarrow j = 3\overrightarrow i - 4\overrightarrow j \).
b) Vì điểm A có tọa độ là (1;2) nên \(\overrightarrow {OA} = (1;2)\). Do đó:
\(\overrightarrow {OA} = 1\overrightarrow i + 2\overrightarrow j = \overrightarrow i + 2\overrightarrow j \).
Bài 4: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho ba điểm không thẳng hàng A(1;1), B(4;3), C(-1;-2).
a) Tìm tọa độ của vecto \(\overrightarrow {AB} \).
b) Tìm tọa độ của điểm D sao cho tứ giác ABCD là hình bình hành.
Giải:
a) Ta có: \(\overrightarrow {AB} = (4 - 1;3 - 1)\). Vậy \(\overrightarrow {AB} = (3;2)\).
b) Gọi tọa độ của điểm D là \(({x_D};{y_D})\), ta có: \(\overrightarrow {DC} = ( - 1 - {x_D}; - 2 - {y_D})\).
Tứ giác ABCD là hình bình hành khi và chỉ khi:
\(\overrightarrow {DC} = \overrightarrow {AB} \Leftrightarrow \overrightarrow {DC} = (3;2) \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l} - 1 - {x_D} = 3\\ - 2 - {y_D} = 2\end{array} \right. \Leftrightarrow \left\{ \begin{array}{l}{x_D} = - 4\\{y_D} = - 4\end{array} \right.\).
Vậy D(-4;-4).
Bài 5: Cho \(\overrightarrow u = (2; - 1)\), \(\overrightarrow v = (1;5)\). Tìm tọa độ của \(\overrightarrow u + \overrightarrow v \) và \(\overrightarrow u - \overrightarrow v \).
Giải:
\(\overrightarrow u + \overrightarrow v = (2 + 1; - 1 + 5) = (3;4)\); \(\overrightarrow u - \overrightarrow v = (2 - 1; - 1 - 5) = (1; - 6)\).
Bài 6: Cho ba điểm A(-1;-3), B(2;3) và C(3;5). Chứng minh ba điểm A, B, C thẳng hàng.
Giải:
Ta có: \(\overrightarrow {AB} = (3;6)\), \(\overrightarrow {BC} = (1;2)\). Suy ra \(\overrightarrow {AB} = 3\overrightarrow {BC} \).
Vậy ba điểm A, B, C thẳng hàng.
Bài 7: Cho tma giác ABC có A(-2;1), B(2;5), C(5;2). Tìm tọa độ trung điểm M của đoạn thẳng AB và trọng tâm G của tam giác ABC.
Giải:
Do \(M({x_M};{y_M})\) là trung điểm của đoạn thẳng AB nên:
\({x_M} = \frac{{ - 2 + 2}}{2} = 0\); \({y_M} = \frac{{1 + 5}}{2} = 3\).
Vậy M(0;3).
Do \(G({x_G};{y_G})\) là trọng tâm tam giác ABC nên:
\({x_G} = \frac{{ - 2 + 2 + 5}}{3} = \frac{5}{3}\); \({y_G} = \frac{{1 + 5 + 2}}{3} = \frac{8}{3}\).
Vậy \(G\left( {\frac{5}{3};\frac{8}{3}} \right)\).
Bài 8: Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có A(2;2), B(1;-1), C(8;0).
a) Tính \(\overrightarrow {BA} .\overrightarrow {BC} \) và \(\cos \widehat {ABC}\).
b) Chứng minh \(\overrightarrow {AB} \bot \overrightarrow {AC} \).
c) Giải tam giác ABC.
Giải:
a) Ta có \(\overrightarrow {BA} = (1;3)\), \(\overrightarrow {BC} = (7;1)\). Do đó \(\overrightarrow {BA} .\overrightarrow {BC} = 1.7 + 3.1 = 10\).
Mặt khác: \(\left| {\overrightarrow {BA} } \right| = \sqrt {{1^2} + {3^2}} = \sqrt {10} \), \(\left| {\overrightarrow {BC} } \right| = \sqrt {{7^2} + {1^2}} = \sqrt {50} \).
\(\cos \widehat {ABC} = \cos (\overrightarrow {BA} ,\overrightarrow {BC} ) = \frac{{\overrightarrow {BA} .\overrightarrow {BC} }}{{\left| {\overrightarrow {BA} } \right|.\left| {\overrightarrow {BC} } \right|}} = \frac{{10}}{{\sqrt {10} .\sqrt {50} }} = \frac{{\sqrt 5 }}{5}\).
b) Do \(\overrightarrow {AB} = ( - 1; - 3)\) và \(\overrightarrow {AC} = (6; - 2)\) nên \(\overrightarrow {AB} .\overrightarrow {AC} = ( - 1).6 + ( - 3).( - 2) = 0\).
Vậy \(\overrightarrow {AB} \bot \overrightarrow {AC} \).
c) Do \(\overrightarrow {AB} \bot \overrightarrow {AC} \) nên \(\widehat {BAC} = {90^o}\), tức tam giác ABC vuông tại A.
Mà \(\cos \widehat {ABC} = \frac{{\sqrt 5 }}{5}\) nên \(\widehat {ABC} \approx {63^o}\). Vì thế \(\widehat {ACB} \approx {90^o} - {63^o} = {27^o}\).
Mặt khác: \(AB = \left| {\overrightarrow {BA} } \right| = \sqrt {10} \), \(BC = \left| {\overrightarrow {BC} } \right| = \sqrt {50} = 5\sqrt 2 \),
\(CA = \sqrt {B{C^2} - A{B^2}} = \sqrt {{{\left( {5\sqrt 2 } \right)}^2} - {{\left( {\sqrt {10} } \right)}^2}} = 2\sqrt {10} \).
Trong chương trình Toán 10 Chân trời sáng tạo, phần Lý thuyết Tọa độ của vecto đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng nền tảng cho các kiến thức hình học phân tích ở các lớp trên. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết lý thuyết, ví dụ minh họa và bài tập áp dụng để giúp bạn hiểu rõ và nắm vững kiến thức này.
Một vectơ là một đoạn thẳng có hướng. Để xác định một vectơ, ta cần xác định điểm gốc và điểm cuối của nó. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, một vectơ v được biểu diễn bằng cặp số (x; y), gọi là tọa độ của vectơ v. x được gọi là hoành độ, y được gọi là tung độ của vectơ.
Định nghĩa: Tọa độ của vectơ a = BC với B(xB; yB) và C(xC; yC) là (xC - xB; yC - yB).
Khi vectơ được biểu diễn bằng tọa độ, các phép toán cộng, trừ vectơ và phép nhân vectơ với một số thực trở nên đơn giản hơn.
Tích của hai vectơ là một khái niệm quan trọng trong hình học và vật lý. Có hai loại tích thường được sử dụng:
Tọa độ vectơ có nhiều ứng dụng trong thực tế, bao gồm:
Bài 1: Cho A(1; 2) và B(3; 4). Tìm tọa độ của vectơ AB.
Giải:AB = (3 - 1; 4 - 2) = (2; 2).
Bài 2: Cho a = (1; -2) và b = (3; 1). Tính a + b và 2a.
Giải:a + b = (1 + 3; -2 + 1) = (4; -1). 2a = (2 * 1; 2 * -2) = (2; -4).
Lý thuyết Tọa độ của vecto là một phần quan trọng của chương trình Toán 10 Chân trời sáng tạo. Việc nắm vững kiến thức này sẽ giúp bạn giải quyết các bài toán hình học một cách hiệu quả và xây dựng nền tảng vững chắc cho các kiến thức toán học ở các lớp trên. Hãy luyện tập thường xuyên để củng cố kiến thức và nâng cao kỹ năng giải toán.
