電気系大学生の自習室

ベクトルと内積

ベクトルには大きさと向きがある。内積は成分ごとの積の和で、2ベクトルの角度を判定できる。直交なら内積0。

現象から理解する:何が起こり、なぜ起こる?

ベクトルには大きさと向きがある。内積は成分ごとの積の和で、2ベクトルの角度を判定できる。直交なら内積0。

現象を表す公式・定義

a⋅b=∑iaibi=∣a∣∣b∣cos⁡θ\displaystyle \mathbf a\cdot\mathbf b=\sum_i a_i b_i=|\mathbf a||\mathbf b|\cos\theta

この単元は内容確認中です。以下の式は学習の出発点であり、公式を適用できる条件を例題・教科書などで確認してください。

考え方の出発点:a=(1,2), b=(2,−1)。内積は1·2+2·(−1)=0なので、どちらも零ベクトルでないことから直交する。

検討すべき条件:内積0は零ベクトル以外では直交を意味する。

現象を図で理解する

ベクトルと内積:概念の図xyv₁v₂
概念:ベクトル・線形変換の幾何学的な模式図。理解のための模式図であり、設問条件の厳密な作図ではありません。

模式図は法則を理解するための補助です。実際に代入する数値や条件は、公式と問題文で確認してください。

式が成り立つ理由・導出の流れ

冒頭に示した公式を使う前に、問題が要求する量と単位を整理しましょう。成立条件が不明なときに式だけを暗記して代入しないことが大切です。

よくあるミス・検算の観点

  • 内積0は零ベクトル以外では直交を意味する。

単位、符号、初期条件、ベクトルの向きを最後に確認しましょう。

例題1(基本)|何を求めるかから始める

ベクトルと内積:例題の図xyv₁v₂
例題の見方:ベクトル・線形変換の幾何学的な模式図。理解のための模式図であり、設問条件の厳密な作図ではありません。
なぜその法則を使う? 計算の順序と検算

a=(1,2), b=(2,−1)。内積は1·2+2·(−1)=0なので、どちらも零ベクトルでないことから直交する。

内積0は零ベクトル以外では直交を意味する。

演習問題(基本・標準・発展)

基本から段階的に考えるオリジナル問題です。内容確認中の単元には共通の復習問題も残しています。

ベクトルと内積:演習の図xyv₁v₂
演習の考え方:ベクトル・線形変換の幾何学的な模式図。理解のための模式図であり、設問条件の厳密な作図ではありません。
基本 1

a=(1,3), b=(2,−1) の内積を求めよ。

解答・解説を開く

1·2+3·(−1)=−1。

基本 2

公式・定義「a·b=Σaᵢbᵢ=|a||b|cosθ」を、単元の用語を使って言葉で説明しよう。

解答・解説を開く

ベクトルには大きさと向きがある。内積は成分ごとの積の和で、2ベクトルの角度を判定できる。直交なら内積0。

基本 3

例題の計算・推論の手順を、模範解説を閉じて再現しよう。

解答・解説を開く

a=(1,2), b=(2,−1)。内積は1·2+2·(−1)=0なので、どちらも零ベクトルでないことから直交する。

標準 1

なぜこの考え方が使えるのか、前提となる条件や注意点を述べよう。

解答・解説を開く

内積0は零ベクトル以外では直交を意味する。

標準 2

公式と例題を使い、結果がどの量に依存するか説明しよう。

解答・解説を開く

a=(1,2), b=(2,−1)。内積は1·2+2·(−1)=0なので、どちらも零ベクトルでないことから直交する。 見通し:ベクトルには大きさと向きがある。内積は成分ごとの積の和で、2ベクトルの角度を判定できる。直交なら内積0。

発展・記述 1

別の設定へ応用する際、元の条件を外した場合に検討すべき点を挙げよう。

解答・解説を開く

内積0は零ベクトル以外では直交を意味する。 ベクトルには大きさと向きがある。内積は成分ごとの積の和で、2ベクトルの角度を判定できる。直交なら内積0。

問題に添えた図は考えるための模式図です。数値や関係を判断するときは必ず問題文の条件を優先してください。

この単元の学習を記録する

例題・演習を終えたら記録しましょう。結果はこのブラウザにのみ保存され、ログインや外部送信は不要です。

未完了

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