8.3

平面向量基本定理

用一组不共线基底唯一表示平面内任意向量。

12 分钟平面向量
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01 · 出发点

用两个方向描述整个平面

平面内只选一个方向,只能表示与它共线的向量;选取两个不共线方向后,就能通过沿两个方向的分量到达任意位置。

这种表示不仅存在,而且在基底固定后是唯一的。于是几何向量可以转化成一对有序实数来研究。

02 · 概念

平面向量基本定理

e1\boldsymbol e_1e2\boldsymbol e_2 是平面内两个不共线向量,那么对平面内任意向量 a\boldsymbol a,存在唯一实数 λ\lambdaμ\mu,使 a=λe1+μe2\boldsymbol a=\lambda\boldsymbol e_1+\mu\boldsymbol e_2e1\boldsymbol e_1e2\boldsymbol e_2 称为一组基底。

不共线是关键条件:若两个基向量共线,它们的线性组合仍停留在同一直线方向上,既不能表示全部平面向量,也通常失去唯一性。

03 · 方法

求基底下的表示

  1. 01

    确认给定的两个基向量不共线,否则不能作为平面的一组基底。

  2. 02

    把目标向量通过三角形法则、平行四边形法则或已知向量关系拆成基向量的线性组合。

  3. 03

    分别比较两个独立方向的系数,并用表示唯一性确定未知系数。

04 · 例题

把方法落到具体问题

1由两组表示确定参数

e1\boldsymbol e_1e2\boldsymbol e_2 不共线,且 a=(2m1)e1+(n+2)e2=5e1e2\boldsymbol a=(2m-1)\boldsymbol e_1+(n+2)\boldsymbol e_2=5\boldsymbol e_1-\boldsymbol e_2,求 mmnn

  1. 1

    由于 e1\boldsymbol e_1e2\boldsymbol e_2 不共线,它们构成平面的一组基底。

  2. 2

    同一向量在固定基底下的表示唯一,因此对应系数分别相等:2m1=52m-1=5n+2=1n+2=-1

  3. 3

    解得 m=3m=3n=3n=-3;代回第一式得到 a=5e1e2\boldsymbol a=5\boldsymbol e_1-\boldsymbol e_2,与已知表示一致。

05 · 辨析

容易忽略的条件与边界

回看

本节小结

  • 两个不共线向量可构成平面基底。
  • 任意平面向量在固定基底下都有唯一表示。
  • 比较基底系数可把向量等式化为实数方程。