證明:
1)充分性,對於向量 a(a≠0)、b,如果有壹個實數λ,使 b=λa,那麽由 實數與向量的積的定義 知,向量a與b***線。
2)必要性,已知向量a與b***線,a≠0,且向量b的長度是向量a的長度的m倍,即 ∣b∣=m∣a∣。那麽當向量a與b同方向時,令 λ=m,有 b =λa,當向量a與b反方向時,令 λ=-m,有 b=-λa。如果b=0,那麽λ=0。
3)唯壹性,如果 b=λa=μa,那麽 (λ-μ)a=0。但因a≠0,所以 λ=μ。
證畢。
[編輯本段]推論
推論1
兩個向量a、b***線的充要條件是:存在不全為零的實數λ、μ,使得 λa+μb=0。
證明:
1)充分性,不妨設μ≠0,則由 λa+μb=0 得 b=(λ/μ)a。由 ***線向量基本定理 知,向量a與b***線。
2)必要性,已知向量a與b***線,若a≠0,則由***線向量基本定理知,b=λa,所以 λa-b=0,取 μ=-1≠0,故有 λa+μb=0,實數λ、μ不全為零。若a=0,則取μ=0,取λ為任意壹個不為零的實數,即有 λa+μb=0。
證畢。
推論2
兩個非零向量a、b***線的充要條件是:存在全不為零的實數λ、μ,使得 λa+μb=0。
證明:
1)充分性,∵μ≠0,∴由 λa+μb=0 可得 b=(λ/μ)a。由 ***線向量基本定理 知,向量a與b***線。
2)必要性,∵向量a與b***線,且a≠0,則由 ***線向量基本定理 知,b=λa;又∵b≠0,∴λ≠0; 取 μ=-1≠0,就有 λa+μb=0,實數λ、μ全不為零。
證畢。
推論3
如果a、b是兩個不***線的向量,且存在壹對實數λ、μ,使得 λa+μb=0,那麽λ=μ=0。
證明:(反證法)
不妨假設μ≠0,則由 推論1 知,向量a、b***線;這與已知向量a、b不***線矛盾,故假設是錯的,所以λ=μ=0。
證畢。
推論4
如果三點P、A、B不***線,那麽點C在直線AB上的充要條件是:存在唯壹實數λ,使得
向量PC=(1-λ)向量PA+λ向量PB。(其中,向量AC=λ向量AB)。
證明:
∵三點P、A、B不***線,∴向量AB≠0,
由 ***線向量基本定理 得,
點C在直線AB上 <=> 向量AC 與 向量AB ***線 <=> 存在唯壹實數λ,使 向量AC=λ·向量AB
∵三點P、A、B不***線,∴向量PA 與 向量PB 不***線,
∴向量AC=λ·向量AB <=> 向量PC-向量PA=λ·(向量PB-向量PA) <=> 向量PC=(1-λ)向量PA+λ·向量PB。
證畢。
推論5
如果三點P、A、B不***線,那麽點C在直線AB上的充要條件是:存在唯壹壹對實數λ、μ,使得
向量PC=λ向量PA+μ向量PB。(其中,λ+μ=1)
證明:
在推論4 中,令 1-λ=μ ,則λ+μ=1,知:
三點P、A、B不***線 <=> 點C在直線AB上的充要條件是:存在實數λ、μ,使得向量PC=λ向量PA+μ向量PB。(其中,λ+μ=1)
下面證唯壹性,若 向量PC=m向量PA+n向量PB,則 m向量PA+n向量PB=λ向量PA+μ向量PB,
即,(m-λ)向量PA+(n-μ)向量PB=0,
∵三點P、A、B不***線,∴向量PA 與 向量PB 不***線,
由 推論3 知,m=λ,n=μ。
證畢。
推論6
如果三點P、A、B不***線,那麽點C在直線AB上的充要條件是:存在不全為零的實數λ、μ、ν,使得
λ向量PA+μ向量PB+ν向量PC=0,λ+μ+ν=0。
證明:
1)充分性,由推論5 知,若三點P、A、B不***線,則 點C在直線AB上 <=> 存在實數λ、μ,使得 向量PC=λ向量PA+μ向量PB(其中,λ+μ=1)。
取ν=-1,則有:λ向量PA+μ向量PB+ν向量PC=0,λ+μ+ν=0,且實數λ、μ、ν不全為零。
2)必要性,不妨設ν≠0,且有:λ向量PA+μ向量PB+ν向量PC=0,λ+μ+ν=0,則 向量PC=(λ/ν)·向量PA+(μ/ν)·向量PB,(-λ/ν)+(-μ/ν)=1。由推論5 即知,點C在直線AB上。
證畢。
推論7
點P是直線AB外任意壹點,那麽三不同點A、B、C***線的充要條件是:存在全不為零的實數λ、μ、ν,使得
λ向量PA+μ向量PB+ν向量PC=0,λ+μ+ν=0。
證明:(反證法)
∵點P是直線AB外任意壹點,∴向量PA≠0,向量PB≠0,向量PC≠0,且 向量PA、向量PB、向量PC兩兩不***線。
由推論6 知,實數λ、μ、ν不全為零,
1)假設實數λ、μ、ν中有兩個為零,不妨設λ≠0,μ=0,ν=0。則 λ向量PA=0,∴向量PA=0。這與向量PA≠0。
2)假設實數λ、μ、ν中有壹個為零,不妨設λ≠0,μ≠0,ν=0。則 λ向量PA+μ向量PB=0,∴向量PA=(μ/λ)·向量PB,∴向量PA 與 向量PB***線,這與向量PA 與 向量PB不***線矛盾。
證畢。
[編輯本段]***線向量定理
定理1
⊿ABC中,點D在直線BC上的充要條件是
其中
都是其對應向量的數量。
證明:有推論5 即可證得。
定理2
⊿ABC中,點D在直線BC上的充要條件是
其中
都是有向面積。通常約定,頂點按逆時針方向排列的三角形面積為正,頂點按順時針方向排列的三角形面積為負。
證明:由定理1 即可得證。