Геометрия · 9 класс1 четвертьТема 3ГОСО РК 2026Базовый

Скалярное произведение векторов, угол между векторами и условие ортогональности

Определение скалярного произведения векторов. Скалярное произведение в координатах. Формула косинуса угла между векторами. Условие перпендикулярности (ортогональности).

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы6 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ1 четвертьдескрипторы ГОСО

1. Угол между векторами (φ):

Углом между двумя ненулевыми векторами a⃗\vec{a} и b⃗\vec{b} называется наименьший угол между ними при откладывании от одной точки (0° ≤ φ ≤ 180°).

2. Определение скалярного произведения:

Скалярным произведением двух векторов a⃗\vec{a} и b⃗\vec{b} называется число, равное произведению их модулей на косинус угла между ними:

a⃗⋅b⃗=∣a⃗∣⋅∣b⃗∣⋅cos⁡φ\vec{a} \cdot \vec{b} = |\vec{a}| \cdot |\vec{b}| \cdot \cos \varphi.

3. Зависимость знака от величины угла φ:

• Если φ — острый угол (0° ≤ φ < 90°), то cos φ > 0 => a⃗\vec{a} ⋅\cdot b⃗\vec{b} > 0;

• Если φ = 90° (векторы ортогональны), то cos 90° = 0 => a⃗\vec{a} ⋅\cdot b⃗=0\vec{b} = 0;

• Если φ — тупой угол (90° < φ ≤ 180°), то cos φ < 0 => a⃗\vec{a} ⋅\cdot b⃗\vec{b} < 0;

• Если векторы сонаправлены (φ = 0°), то a⃗\vec{a} ⋅\cdot b⃗=∣a⃗∣∗∣b⃗∣\vec{b} = |\vec{a}| * |\vec{b}|;

• Скалярный квадрат: a⃗2=a⃗\vec{a}^2 = \vec{a} ⋅\cdot a⃗=∣a⃗∣2\vec{a} = |\vec{a}|^2.

Чертеж: Векторы и угол φ между ними

Векторная схема
xyOA(x₁, y₁)B(x₂, y₂)M (середина)Δx = x₂ - x₁Δy = y₂ - y₁Расстояние: d = √((x₂ - x₁)² + (y₂ - y₁)²); Координаты середины: ((x₁+x₂)/2, (y₁+y₂)/2)
a⃗ · b⃗ = |a⃗||b⃗| cos φ; a⃗ · b⃗ > 0 при остром угле, a⃗ · b⃗ = 0 при перпендикулярных векторах, a⃗ · b⃗ < 0 при тупом.
СКАЛЯРНОЕ ПРОИЗВЕДЕНИЕ

|a⃗||b⃗| cos φ

Числовая мера взаимной направленности векторов с учетом их длин.
ОРТОГОНАЛЬНОСТЬ

a⃗ · b⃗ = 0

Главный признак перпендикулярности векторов на плоскости и в пространстве.
Скалярное произведение векторов
a⃗⋅b⃗=∣a⃗∣∣b⃗∣cos⁡φ=x1x2+y1y2;a⃗2=∣a⃗∣2\vec{a} \cdot \vec{b} = |\vec{a}| |\vec{b}| \cos \varphi = x_1 x_2 + y_1 y_2;\quad \quad \vec{a}^2 = |\vec{a}|^2
Результат скалярного произведения — ЧИСЛО (скаляр), а не вектор!

1. Формула в декартовых координатах:

Для векторов a⃗(x1\vec{a}(x_1; y₁) и b⃗(x2\vec{b}(x_2; y₂) скалярное произведение вычисляется как:

\vec{a} \cdot \vec{b} = x₁x₂ + y₁y₂.

2. Условие перпендикулярности (ортогональности):

Два ненулевых вектора перпендикулярны (a⃗\vec{a} ⊥ b⃗)\vec{b}) тогда и только тогда, когда сумма произведений их координат равна нулю:

\vec{a} ⊥ \vec{b} \iff x₁x₂ + y₁y₂ = 0.

3. Формула косинуса угла между векторами:

Приравнивая геометрическое и координатное выражения:

cos⁡φ=a⃗⋅b⃗∣a⃗∣⋅∣b⃗∣=x1x2+y1y2x12+y12⋅x22+y22\cos \varphi = \frac{\vec{a} \cdot \vec{b}}{|\vec{a}| \cdot |\vec{b}|} = \frac{x_1 x_2 + y_1 y_2}{\sqrt{x_1^2 + y_1^2} \cdot \sqrt{x_2^2 + y_2^2}}.
КРИТЕРИЙ 90°

x₁x₂ + y₁y₂ = 0

Самое эффективное уравнение для нахождения неизвестного параметра при перпендикулярности.
КОСИНУС УГЛА

cos φ = (a⃗ · b⃗) / (|a⃗||b⃗|)

Позволяет находить угол между любыми двумя прямыми по координатам векторов.
Косинус угла между векторами
cos⁡φ=x1x2+y1y2x12+y12x22+y22;a⃗⊥b⃗  ⟺  x1x2+y1y2=0\cos \varphi = \frac{x_1 x_2 + y_1 y_2}{\sqrt{x_1^2 + y_1^2} \sqrt{x_2^2 + y_2^2}};\quad \quad \vec{a} \perp \vec{b} \iff x_1 x_2 + y_1 y_2 = 0
Если числитель равен нулю, угол равен строго 90° (векторы перпендикулярны).

Для любых векторов a⃗\vec{a}, b⃗\vec{b}, c⃗\vec{c} и любого числа k верны законы:

1. Переместительный: a⃗\vec{a} ⋅\cdot b⃗=b⃗\vec{b} = \vec{b} ⋅\cdot a⃗\vec{a};

2. Сочетательный относительно скаляра: (ka⃗)\vec{a}) ⋅\cdot b⃗=k(a⃗\vec{b} = k(\vec{a} ⋅\cdot b⃗)\vec{b});

3. Распределительный: (a⃗+b⃗)\vec{a} + \vec{b}) ⋅\cdot c⃗=a⃗\vec{c} = \vec{a} ⋅\cdot c⃗+b⃗\vec{c} + \vec{b} ⋅\cdot c⃗\vec{c};

4. Квадрат суммы и разности векторов:

∣a⃗+b⃗∣2=a⃗2+2a⃗b⃗+b⃗2=∣a⃗∣2+2∣a⃗∣∣b⃗∣cos⁡φ+∣b⃗∣2|\vec{a} + \vec{b}|^2 = \vec{a}^2 + 2\vec{a}\vec{b} + \vec{b}^2 = |\vec{a}|^2 + 2|\vec{a}||\vec{b}|\cos \varphi + |\vec{b}|^2;

|a⃗−b⃗∣2=∣a⃗∣2−2a⃗b⃗+∣b⃗∣2\vec{a} - \vec{b}|^2 = |\vec{a}|^2 - 2\vec{a}\vec{b} + |\vec{b}|^2 (векторная запись теоремы косинусов!).

ВЕКТОРНЫЙ КОСИНУС

|a⃗ - b⃗|²

Квадрат разности векторов в точности воспроизводит теорему косинусов.

Шаги вычисления угла φ:

Шаг 1
Вычисление скалярного произведения
Перемножить координаты и сложить: числитель = x₁x₂ + y₁y₂.
Шаг 2
Вычисление длин векторов
Найти модули: |a⃗| = √(x₁² + y₁²) и |b⃗| = √(x₂² + y₂²).
Шаг 3
Нахождение косинуса и угла
Разделить скалярное произведение на произведение длин и по значению косинуса определить угол φ (по таблице значений).

Частая ошибка на ЕНТ:

При расчете получилось cos φ = -1/2.

Многие ученики пишут угол 60° (забывая про знак минус!).

Правильное определение угла:

Так как cos φ = -1/2 < 0, угол является тупым:

φ = 180° - 60° = 120°!

Аналогично: cos φ = -√2 / 2 => φ = 135°; cos φ = -√3 / 2 => φ = 150°.

Никогда не теряйте знак «минус» в тригонометрических уравнениях!

Ловушка ЕНТ: Знак косинуса

Если cos φ > 0 — угол острый (табличный угол). Если cos φ < 0 — угол тупой: φ = 180° - arccos(|cos φ|)!

Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул9 класс
Длина вектора на плоскости:
∣a⃗∣=x2+y2|\vec{a}| = \sqrt{x^2 + y^2}[ед.]
Скалярное произведение векторов:
a⃗⋅b⃗=x1x2+y1y2=∣a⃗∣∣b⃗∣cos⁡φ\vec{a} \cdot \vec{b} = x_1 x_2 + y_1 y_2 = |\vec{a}| |\vec{b}| \cos\varphi[ед.²]
Условие ортогональности векторов:
a⃗⊥b⃗  ⟺  x1x2+y1y2=0\vec{a} \perp \vec{b} \iff x_1 x_2 + y_1 y_2 = 0
Расстояние между двумя точками:
d=(x2−x1)2+(y2−y1)2d = \sqrt{(x_2 - x_1)^2 + (y_2 - y_1)^2}[ед.]
Следующая тема

Метод координат на плоскости: координаты середины отрезка и расстояние между точками

Перейти к теме →