[Ylempi pääsivu] [Edellinen sivu] [Seuraava sivu]
Tason alkio
on havainnon mukaan
piste, jonka komponentteja
ja
sanotaan myös sen
koordinaateiksi. Kun tarkastellaan lineaarisia eli 'suoraviivaisia' ilmiöitä, on usein havainnollisempaa kuvata alkiota
vektorina origosta
pisteeseen
.
Tätä tulkintaa käyttäen asetetaan vektorien ja
summaksi vektori
Summan määräytymistä kuvaavassa kuviossa summavektori on suunnikkaan
halkaisija,
suuntajana
.
Jos summassa asetetaan
,
saadaan
Yleisesti ,
kun
.
Edelleen voidaan sopia, että
,
joka on vektorille
vastakkaissuuntainen, mutta yhtä pitkä vektori. Tästä saadaan samaan tapaan kuin edellä myös kaikilla negatiivisilla kokonaisluvuilla kerrotut vektorit. Tämän jälkeen
pätee aina, kun
.
Kokonaisluvuilla kertomisen suuntaamana asetetaankin jokaiselle reaaliluvulle ja jokaiselle vektorille
näiden
tuloksi vektori:
Vaikka
kerroin voi olla muukin kuin kokonaisluku eli mikä tahansa reaaliluku, sanotaan vektoria
silti yleisesti vektorin
(yleistetyksi)
monikerraksi. (Tarkemmin pitäisi siis puhua reaaliluvun ja vektorin tulosta tai reaaliluvulla kerrotusta vektorista.)
Havainnollistuksissa ajatellaan myös, että vektoria voi esittää mikä tahansa suuntajana, joka on yhtä pitkä ja saman suuntainen kuin origosta lähtevä suuntajana. Suuntajana on siis vektorin edustaja, ilmentymä.
Esimerkiksi alla olevassa, summan muodostumista esittävässä kuvassa vektoria voi esittää sekä suuntajana
että suuntajana
.
Samoin vektoria
voi esittää sekä suuntajana
että suuntajana
.
Vektoreiden yhteenlasku voidaankin havainnollistaa asettamalla vektoreita edustavat suuntajanat 'peräkkäin'.
Vektori on
nollavektori ja vektori
on vektorin
vastavektori. Vektorien
ja
erotus on vektori
Vektoreille ja
- jotka ovat eri vektorit, koska niiden komponentit ovat eri järjestyksessä - on
Piirrä tason vektoreille ,
ja
vektorit
ja
sekä lue kuvasta tulosvektoreiden koordinaatit. Kokeile yhdistellä vektoreita myös eri järjestyksessä. Tarkista tulokset laskemalla kyseiset vektorit.
Seuraavat tason vektoreita koskevat laskusäännöt on helppo todeta oikeiksi ja se tehtävä jätetäänkin lähes täysin lukijalle.
Tason vektoreille ,
ja
sekä reaaliluvuille
ja
pätevät seuraavat säännöt.
Todistus.
Käydään tässä esimerkkinä läpi vain ensimmäinen kohta. Tason vektoreille ja
saadaan lukujen yhteenlaskun vaihdannaisuuden perusteella, että
Taso on tällöin esimerkki yleisemmästä struktuurista,
vektoriavaruudesta. Puhutaan myös
lineaariavaruudesta tai
lineaarisesta
avaruudesta. Yleisesti vektoriavaruuksiksi sanotaan mitä tahansa joukkoa, jossa on sillä tavalla määritellyt alkioiden yhteenlasku ja reaaliluvulla kertominen, että lauseessa 2.2 luetellut ominaisuudet täyttyvät.
Edellisen lauseen mukaan kaikki samantapaiset yhteen- ja kertolaskuja koskevat laskulait kuin luvuille toimivat myös vektoreille ja sen monikerroille. Yleisen käytännön mukaisesti monikerrassa vain luku kirjoitetaan aina vektorin vasemmalle puolelle: kirjoitetaan siis eikä
.
Jos ja
,
voidaan yhtälöstä
vektori
ratkaista edellä olevia laskulakeja käyttäen esimerkiksi seuraavasti:
Huomioi, että tässä yhtälö ratkaistiin pitämällä vektorit ensin yleisinä ja vasta lopussa sijoitettiin niiden konkreettiset arvot.
Osoitetaan, että suunnikkaan halkaisijat puolittavat toisensa. Olkoon suunnikkaassa vektori
ja vektori
.
Suuntajanan
keskipiste
on silloin suuntajanan
eli vektorin
päätepiste. Suuntajana taas edustaa vektoria
ja sen keskipiste
on suuntajanan
eli vektorin
päätepiste. Keskipisteet ovat siten saman suuntajanan päätepisteinä samat. Tämä yhteinen piste on näin ollen halkaisijoiden leikkauspiste ja puolittaa ne molemmat.
Määrää luvut ja
niin, että
.
Tee se sekä laskemalla että geometrisesti.
Tasossa akselien suuntaisilla vektoreilla
on erityisiä ominaisuuksia: Ensinnäkin, jos on mielivaltainen tason vektori, niin
Jokainen vektori voidaan siis esittää vektoreiden
ja
ns.
lineaarikombinaationa
Toiseksi tämä esitys on yksikäsitteinen: jos kerrointa tai
muutetaan, summa (eli vektori
) muuttuu myös.
Sanotaan, että vektorit ja
muodostavat tason
luonnollisen
kannan.
Niiden lineaarikombinaationa voidaan siis esittää jokainen tason vektori ja lisäksi kukin vain yhdellä tavalla (eli vain yksin kertoimin).
Usein käytetään luonnollisen kannan vektoreista myös merkintöjä ja
,
jolloin siis jokaisella vektorilla
on myös esitys