ベクトルの基本的な解説

ベクトルとは、大きさと向きを持つ量のことです。これは物理や数学でよく使われる概念です。

ベクトルの基本的な表現

ベクトルは通常、どちらの点からどの点への移動を示す矢印で表されます。一般的に、ベクトル \(\vec{a}\) を次のように表します:

\(\vec{a} = (a_1, a_2)\)

ここで、\(a_1\) は x軸方向の成分、\(a_2\) は y軸方向の成分です。

具体例

例1: ベクトル \(\vec{a} = (3, 4)\) の場合、これは次のような意味を持ちます:

例2: ベクトル \(\vec{b} = (-2, 5)\) の場合、これは次のような意味を持ちます:

ベクトルの演算

ベクトルは足し算や引き算、スカラー倍などの演算を行うことができます。

ベクトルの足し算

2つのベクトル \(\vec{a} = (a_1, a_2)\) と \(\vec{b} = (b_1, b_2)\) の和は:

\(\vec{a} + \vec{b} = (a_1 + b_1, a_2 + b_2)\)

ベクトルの引き算

2つのベクトル \(\vec{a} = (a_1, a_2)\) と \(\vec{b} = (b_1, b_2)\) の差は:

\(\vec{a} - \vec{b} = (a_1 - b_1, a_2 - b_2)\)

スカラー倍

スカラー倍とは、ベクトルの各成分を特定の数(スカラー)で掛ける操作です。ベクトル \(\vec{a} = (a_1, a_2)\) をスカラー \(k\) で掛けると:

\(k \vec{a} = (k a_1, k a_2)\)

スカラー倍により、ベクトルの大きさが変わり(向きは変わることもありますが、通常はそのままです)、スカラー \(k\) が負の場合、ベクトルの方向が逆になります。

具体例

例3: \(\vec{a} = (3, 4)\) と \(\vec{b} = (1, 2)\) の場合:

ベクトルの大きさ

ベクトル \(\vec{a} = (a_1, a_2)\) の大きさ(ノルム)は次のように計算します:

\(|\vec{a}| = \sqrt{a_1^2 + a_2^2}\)

具体例

例4: ベクトル \(\vec{a} = (3, 4)\) の場合、大きさは:

練習問題

次の問題を解いて、ベクトルについて確認しましょう:

  1. \(\vec{a} = (2, -3)\) と \(\vec{b} = (-1, 4)\) の場合、\(\vec{a} + \vec{b}\) を求めなさい。
  2. \(\vec{a} = (5, -2)\) の大きさを求めなさい。
  3. \(\vec{a} = (2, 1)\) をスカラー 3 倍したベクトルを求めなさい。
解答を表示/非表示
  1. \(\vec{a} = (2, -3)\) と \(\vec{b} = (-1, 4)\) の場合、\(\vec{a} + \vec{b}\) を求める
    • \(\vec{a} + \vec{b} = (2 + (-1), -3 + 4) = (1, 1)\)
  2. \(\vec{a} = (5, -2)\) の大きさを求める
    • \(|\vec{a}| = \sqrt{5^2 + (-2)^2} = \sqrt{25 + 4} = \sqrt{29}\)
  3. \(\vec{a} = (2, 1)\) をスカラー 3 倍したベクトルを求める
    • 3\(\vec{a} = 3 \times (2, 1) = (6, 3)\)