Przejdź do treści

Jak obliczyć iloczyn skalarny wektorów - wzór, kąt między wektorami i zadania maturalne

Wzór na iloczyn skalarny wektorów, warunki prostopadłości i równoległości, kąt między wektorami. 6 rozwiązanych zadań maturalnych krok po kroku.

Opublikowano: · 2 min czytania

Iloczyn skalarny wektorów to narzędzie, bez którego nie zrobisz zadań o prostopadłości i kątach w geometrii analitycznej. Na maturze podstawowej pojawia się rzadziej, ale na rozszerzeniu praktycznie co roku. Dobra wiadomość: wzór jest prosty jak cep, wystarczy wiedzieć, kiedy go użyć.

Wzór na iloczyn skalarny - dwie postaci

Dla wektorów u⃗=[u1,u2]\vec{u} = [u_1, u_2] i v⃗=[v1,v2]\vec{v} = [v_1, v_2]:

Postać współrzędnościowa:

u⃗∘v⃗=u1v1+u2v2\vec{u} \circ \vec{v} = u_1 v_1 + u_2 v_2

Postać geometryczna:

u⃗∘v⃗=∣u⃗∣⋅∣v⃗∣⋅cos⁡α\vec{u} \circ \vec{v} = |\vec{u}| \cdot |\vec{v}| \cdot \cos\alpha

gdzie α\alpha to kąt między wektorami, a ∣u⃗∣|\vec{u}| to długość wektora:

∣u⃗∣=u12+u22|\vec{u}| = \sqrt{u_1^2 + u_2^2}

Warunek prostopadłości

Dwa wektory są prostopadłe wtedy i tylko wtedy, gdy:

u⃗∘v⃗=0\vec{u} \circ \vec{v} = 0

To wynika z drugiej postaci: jeśli α=90°\alpha = 90°, to cos⁡α=0\cos\alpha = 0, więc iloczyn skalarny = 0.

To najczęstsze zastosowanie na maturze - sprawdzanie, czy wektory/proste są prostopadłe.

Warunek równoległości (kolinearność)

Wektory są równoległe wtedy i tylko wtedy, gdy istnieje k∈Rk \in \mathbb{R} takie że v⃗=ku⃗\vec{v} = k\vec{u}, czyli gdy ich współrzędne są proporcjonalne:

v1u1=v2u2\frac{v_1}{u_1} = \frac{v_2}{u_2}

Albo: u1v2−u2v1=0u_1 v_2 - u_2 v_1 = 0.

Kąt między wektorami - wzór

Łącząc obie postaci iloczynu skalarnego:

cos⁡α=u⃗∘v⃗∣u⃗∣⋅∣v⃗∣=u1v1+u2v2u12+u22⋅v12+v22\cos\alpha = \frac{\vec{u} \circ \vec{v}}{|\vec{u}| \cdot |\vec{v}|} = \frac{u_1 v_1 + u_2 v_2}{\sqrt{u_1^2 + u_2^2} \cdot \sqrt{v_1^2 + v_2^2}}

Stąd liczysz α\alpha przez arcus cosinus. Więcej o pracy z kątami w poście jak obliczyć kąt między wektorami.

Zadanie 1 - iloczyn skalarny z współrzędnych

Oblicz iloczyn skalarny wektorów u⃗=[3,4]\vec{u} = [3, 4] i v⃗=[2,−1]\vec{v} = [2, -1].

Rozwiązanie:

u⃗∘v⃗=3⋅2+4⋅(−1)=6−4=2\vec{u} \circ \vec{v} = 3 \cdot 2 + 4 \cdot (-1) = 6 - 4 = 2

Odpowiedź: u⃗∘v⃗=2\vec{u} \circ \vec{v} = 2.

Zadanie 2 - sprawdzenie prostopadłości

Czy wektory a⃗=[3,4]\vec{a} = [3, 4] i b⃗=[−4,3]\vec{b} = [-4, 3] są prostopadłe?

Rozwiązanie:

a⃗∘b⃗=3⋅(−4)+4⋅3=−12+12=0\vec{a} \circ \vec{b} = 3 \cdot (-4) + 4 \cdot 3 = -12 + 12 = 0

Iloczyn skalarny = 0, więc wektory są prostopadłe.

Odpowiedź: Tak, wektory są prostopadłe.

Zadanie 3 - znajdź parametr

Dla jakiej wartości mm wektory u⃗=[m,3]\vec{u} = [m, 3] i v⃗=[2,−4]\vec{v} = [2, -4] są prostopadłe?

Rozwiązanie:

Z warunku prostopadłości:

m⋅2+3⋅(−4)=0m \cdot 2 + 3 \cdot (-4) = 0
2m−12=02m - 12 = 0
m=6m = 6

Odpowiedź: m=6m = 6.

Zadanie 4 - kąt między wektorami

Oblicz kąt między wektorami u⃗=[1,3]\vec{u} = [1, \sqrt{3}] i v⃗=[1,0]\vec{v} = [1, 0].

Rozwiązanie:

u⃗∘v⃗=1⋅1+3⋅0=1\vec{u} \circ \vec{v} = 1 \cdot 1 + \sqrt{3} \cdot 0 = 1

∣u⃗∣=1+3=2|\vec{u}| = \sqrt{1 + 3} = 2, ∣v⃗∣=1|\vec{v}| = 1

cos⁡α=12⋅1=12\cos\alpha = \frac{1}{2 \cdot 1} = \frac{1}{2}

Zatem α=60°\alpha = 60°.

Odpowiedź: α=60°\alpha = 60°.

Zadanie 5 - kąt rozwarty

Oblicz kąt między wektorami u⃗=[1,2]\vec{u} = [1, 2] i v⃗=[−2,−1]\vec{v} = [-2, -1].

Rozwiązanie:

u⃗∘v⃗=−2−2=−4\vec{u} \circ \vec{v} = -2 - 2 = -4

∣u⃗∣=5|\vec{u}| = \sqrt{5}, ∣v⃗∣=5|\vec{v}| = \sqrt{5}

cos⁡α=−45=−0,8\cos\alpha = \frac{-4}{5} = -0{,}8

α=arccos⁡(−0,8)≈143°\alpha = \arccos(-0{,}8) \approx 143°.

Wniosek: ujemny iloczyn skalarny oznacza kąt rozwarty.

Zadanie 6 - wektor prostopadły

Znajdź wektor prostopadły do u⃗=[2,5]\vec{u} = [2, 5] o długości 29\sqrt{29}.

Rozwiązanie:

Wektor prostopadły do [a,b][a, b] ma postać [−b,a][-b, a] lub [b,−a][b, -a].

Dla u⃗=[2,5]\vec{u} = [2, 5] prostopadłe są: [−5,2][-5, 2] oraz [5,−2][5, -2].

Długość: 25+4=29\sqrt{25 + 4} = \sqrt{29}. Zgadza się.

Odpowiedź: v⃗=[−5,2]\vec{v} = [-5, 2] lub v⃗=[5,−2]\vec{v} = [5, -2].

Typowe pułapki

1. Mylenie iloczynu skalarnego z wektorowym. Na podstawie to nie występuje, ale na rozszerzeniu owszem. Skalarny = liczba, wektorowy = wektor (tylko w 3D).

2. Zapomnienie o znaku. Ujemny iloczyn = kąt rozwarty. Mnóstwo osób dostaje cos⁡=−12\cos = -\frac{1}{2} i pisze 60°60° zamiast 120°120°.

3. Długość wektora bez pierwiastka. Pamiętaj ∣u⃗∣=u12+u22|\vec{u}| = \sqrt{u_1^2 + u_2^2}, nie u12+u22u_1^2 + u_2^2.

4. Pomylenie punktu z wektorem. Punkt A=(1,2)A = (1, 2), wektor u⃗=[1,2]\vec{u} = [1, 2]. Na maturze notacja różni się nawiasami.

Podsumowanie

  • •u⃗∘v⃗=u1v1+u2v2\vec{u} \circ \vec{v} = u_1 v_1 + u_2 v_2 - podstawa
  • •Iloczyn = 0 oznacza prostopadłość
  • •cos⁡α=u⃗∘v⃗∣u⃗∣∣v⃗∣\cos\alpha = \frac{\vec{u} \circ \vec{v}}{|\vec{u}||\vec{v}|} - kąt między wektorami
  • •Wektor prostopadły do [a,b][a, b] to [−b,a][-b, a]
  • •Ujemny iloczyn = kąt rozwarty, dodatni = ostry, zero = prosty

Więcej o prostych i okręgach w poście geometria analityczna na maturze i równanie prostej.

Następny krok Losuj kolejne zadanie

Kategoria: Geometria analityczna

Zobacz wszystkie

Przestań szukać, zacznij ćwiczyć

Prawdziwe zadania z matur CKE z rozwiązaniami krok po kroku. Zacznij od działu, o którym właśnie czytasz.

Ćwicz dział Geometria analityczna

354 zadania CKE z rozwiązaniami

Ćwicz w aplikacji Sprawna Matura

Te same zadania CKE z rozwiązaniami, brudnopis i kalkulator, także offline.

Pobierz z App StorePobierz z Google Play

Niezbędne pliki cookie utrzymują logowanie i ustawienia. Za Twoją zgodą używamy też analitycznych (PostHog) i reklamowych (Meta, Google Ads), żeby wiedzieć, które kampanie działają. Bez zgody liczymy wizyty anonimowo, bez plików cookie. Wybór zmienisz w każdej chwili. Polityka prywatności