Lý thuyết Biểu thức tọa độ của các phép toán vectơ (Cánh diều 2023) hay, chi tiết

Với tóm tắt lý thuyết Toán lớp 10 Bài 2: Biểu thức tọa độ của các phép toán vectơ sách Cánh diều hay, chi tiết cùng với bài tập tự luyện chọn lọc giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Toán lớp 10.
Lý thuyết Toán lớp 10 Bài 2: Biểu thức tọa độ của các phép toán vectơ
A. Lý thuyết
I. Biểu thức tọa độ của phép cộng hai vectơ, phép trừ hai vectơ, phép nhân một số với một vectơ
Nếu $\overrightarrow{u}$ = (x₁ ; y₁) và $\overrightarrow{v}$ = (x₂ ; y₂) thì
$\overrightarrow{u}$ + $\overrightarrow{v}$ = ( x₁ + x₂ ; y₁ + y₂);

$\overrightarrow{u}$ – $\overrightarrow{v}$ = ( x₁ – x₂ ; y₁ – y₂);
k$\overrightarrow{u}$ = (kx₁; ky₁) với k ∈ ℝ.
Ví dụ: Cho hai vectơ $\overrightarrow{u}$ = (– 5 ; 1) và $\overrightarrow{v}$ = (2 ; –3). Tìm tọa độ của mỗi vectơ sau:
a) $\overrightarrow{u}$ + $\overrightarrow{v}$;
b) $\overrightarrow{u}$ – $\overrightarrow{v}$;
c) –2$\overrightarrow{v}$.
Hướng dẫn giải
a) Ta có: $\overrightarrow{u}$ + $\overrightarrow{v}$ = (–5 + 2 ; 1 + (–3)) = (–3 ; –2).
Vậy $\overrightarrow{u}$ + $\overrightarrow{v}$ = (–3 ; –2).
b) Ta có $\overrightarrow{u}$ – $\overrightarrow{v}$ = (–5 – 2 ; 1 – (–3)) = (–7 ; 4).

Vậy $\overrightarrow{u}$ – $\overrightarrow{v}$ = (–7 ; 4).
c) Ta có –2$\overrightarrow{v}$= (–2.2 ; –2.(–3)) = (–4 ; 6).
Vậy –2$\overrightarrow{v}$= (–4 ; 6).
Nhận xét: Hai vectơ $\overrightarrow{u}$ = (x₁ ; y₁), $\overrightarrow{v}$ = (x₂ ; y₂) ($\overrightarrow{u}$ ≠ $\overrightarrow{v}$) cùng phương khi và chỉ khi có một số thực k sao cho x₁ = kx₂ và y₁ = ky₂.
Ví dụ: Hai vectơ $\overrightarrow{u}$= (–1 ; 2) và $\overrightarrow{v}$ = (4 ; –8) có cùng phương hay không?
Hướng dẫn giải
Ta thấy 4 = –4.(–1) và –8 = –4.2
Do đó hai vectơ $\overrightarrow{u}$ = (–1 ; 2) và $\overrightarrow{v}$ = (4 ; –8) cùng phương với nhau.
Vậy hai vectơ $\overrightarrow{u}$ = (–1 ; 2) và $\overrightarrow{v}$ = (4 ; –8) cùng phương.
II. Tọa độ trung điểm đoạn thẳng và tọa độ trọng tâm tam giác
– Cho hai điểm A(x_A; y_A) và B(x_B; y_B). Nếu M(x_M; y_M) là trung điểm của đoạn thẳng AB thì
$x_M=\frac{x_A+x_B}{2}$ ; $y_M=\frac{y_A+y_B}{2}$.
– Cho tam giác ABC có A(x_A ; y_A), B(x_B ; y_B), C(x_C ; y_C). Nếu G(x_G ; y_G) là trọng tâm của tam giác ABC thì
$x_G=\frac{x_A+x_B+x_C}{3}$; $y_G=\frac{y_A+y_B+y_C}{3}$.
Ví dụ: Cho tam giác ABC có A(0 ; 3), B(–1 ; –4), C(4 ; –2). Hãy tìm tọa độ trung điểm I của cạnh BC và trọng tâm G của tam giác ABC.
Hướng dẫn giải
Gọi tọa độ trung điểm I của cạnh BC và trọng tâm G của tam giác ABC lần lượt là  (x_I ; y_I) và (x_G ; y_G).
Khi đó, vì I là trung điểm của BC nên ta có:
$x_I=\frac{x_B+x_C}{2}=\frac{-1+4}{2}=\frac{3}{2}$; $y_I=\frac{y_B+y_C}{2}=\frac{(-4)+(-2)}{2}=-3$.
Suy ra $I\left(\frac{3}{2};-3\right)$.
Vì G là trọng tâm của tam giác ABC nên ta có:
$x_G=\frac{x_A+x_B+x_C}{3}=\frac{0+(-1)+4}{3}=1$; $y_G=\frac{y_A+y_B+y_C}{3}=\frac{3+(-4)+(-2)}{3}=-1$.
Suy ra G(1 ; –1).
Vậy $I\left(\frac{3}{2};-3\right)$ và G(1 ; –1).
III. Biểu thức tọa độ của tích vô hướng
Nếu $\overrightarrow{u}$ = (x₁; y₁) và $\overrightarrow{u}$ = (x₂; y₂) thì $\overrightarrow{u}$.$\overrightarrow{v}$= x₁x₂ + y₁y₂.
Nhận xét:
a) Nếu $\overrightarrow{a}$ = (x; y) thì $\left|\overrightarrow{a}\right|=\sqrt{\overrightarrow{a}.\overrightarrow{a}}=\sqrt{x^2+y^2}$.
b) Nếu A(x₁; y₁) và B(x₂; y₂) thì AB = $\left|\overrightarrow{AB}\right|$ = $\sqrt{{(x_2-x_1)}^2+{(y_2-y_1)}^2}$.
c) Với hai vectơ $\overrightarrow{u}$ = (x₁; y₁) và $\overrightarrow{v}$ = (x₂; y₂) đều khác $\overrightarrow{0}$, ta có:
+  $\overrightarrow{u}$ và $\overrightarrow{v}$ vuông góc với nhau khi và chỉ khi x₁x₂ + y₁y₂ = 0.
+ cos($\overrightarrow{u}$, $\overrightarrow{v}$) = $\frac{\overrightarrow{u}.\overrightarrow{v}}{\left|\overrightarrow{u}\right|.\left|\overrightarrow{v}\right|}$ = $\frac{x_1.x_2+y_1{y}_2}{\sqrt{x_1^2+y_1^2}.\sqrt{x_2^2+y_2^2}}$.
Ví dụ: Cho hai vectơ  = (3 ; –5) và  = (5 ; 3).
a) Tính ;
b) Tính .;
c) Tính góc giữa hai vectơ  và 
Hướng dẫn giải
a) Ta có  =   = .
Vậy  = .
b) Ta có .= 3.5 + (–5).3 = 0.
Vậy . = 0.
c) Ta có cos(, ) =  =  =  = 0.
Suy ra (, ) = 90°.
Vậy  và  vuông góc với nhau.
B. Bài tập tự luyện
B.1 Bài tập tự luận
Bài 1.  = (2 ; –2) và  = (3 ; 5)
a) Tìm tọa độ của vectơ  =  + .
b) Tìm tọa độ của vectơ  = –3  – .
Hướng dẫn giải
a) Ta có  =  + = (2 + 3; –2 + 5) = (5 ; 3).
Vậy  =  + = (5; 3).
b) Ta có  = –3  –  = (–3.2 – 3; –3.(–2) – 5) = (–9; 1).
Vậy  = –3  – = (–9; 1).
Bài 2. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy cho ba điểm A(0; 4), B(–1; 3), C(–5; 2).
a) Tìm tọa độ trung điểm I của đọan thẳng AB.
b) Chứng minh ba điểm A, B, C không thẳng hàng.
c) Tìm tọa độ trọng tâm G của tam giác ABC.
Hướng dẫn giải
 a) Gọi tọa độ trung điểm I của đoạn thẳng AB là  (x_I; y_I).
Khi đó, vì I là trung điểm của AB nên ta có:
; .
Suy ra .
Vậy .
b) Để chứng minh ba điểm A, B, C không thẳng hàng ta chứng minh  và  không cùng phương.
Ta có  = (–1 – 0 ; 3 – 4) = (–1 ; –1)
= (–5 – 0 ; 2 – 4) = (–5 ; –2)
Ta thấy  nên  và  không cùng phương
Suy ra ba điểm A, B, C không thẳng hàng.
Vậy ba điểm A, B, C không thẳng hàng.
c) Gọi tọa độ trọng tâm G của tam giác ABC lần lượt là (x_G ; y_G).
Vì G là trọng tâm của tam giác ABC nên ta có:
; .
Suy ra G(–2 ; 3).
Vậy G(–2 ; 3).
Bài 3. Trong mặt phẳng tọa độ Oxy, cho tam giác ABC có A(1; 2), B(–2; –3), C(0; 4).
a) Tính . 
b) Giải tam giác ABC.
Hướng dẫn giải
a) Ta có  = (–2 – 1 ; –3 – 2) = (–3 ; –5)
 = (0 – 1 ; 4 – 2) = (–1 ; 2)
Khi đó . = –3.(–1) + (–5). 2 = –7.
Vậy . = –7.
b) Ta có  = (–3; –5) ⇒ AB =  =  = .
 = (–1; 2) ⇒ AC =  =  = .
 = (0 – (–2) ; 4 – (–3)) = (2; 7) ⇒ BC =  =  = .
cos(.) = = = 
Suy ra (.) ≈  122°28’
⇒  ≈ 122°28’.
Ta có  = (1 – (–2) ; 2 – (–3)) = (3; 5).
cos(, ) = =  = 
Suy ra (, ) ≈ 15°1’
⇒  ≈ 15°1’.
Mặt khác  = 180° – (+) = 42°31’.
Vậy tam giác ABC có AB = ; AC = ; BC = ;  ≈ 122°28’;  ≈ 15°1’;  = 42°31’.
B.2 Bài tập trắc nghiệm
Câu 1. Cho = (– 1; 2),  =  (5; – 7).  Tìm tọa độ của vectơ .
A. (4; – 5);          
B. (3; – 3);          
C. (6; 9) ;
D. (– 5; – 14).
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là : B
Ta có: 2= 2(–1; 2) = (–2; 4)
2 = (– 2 + 5); 4 – 7) = (3; – 3).
Câu 2. Trong hệ tọa độ Oxy cho hai điểm A (2; –3), I(4; 7). Biết I là trung điểm của đoạn thẳng AB. Tìm tọa độ điểm B.
A. I (6; 4);          
B. I (2; 10);         
C. I (6; 17);         
D. I (8; – 21).
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là : C
Gọi điểm B có tọa độ (x_B ; y_B)
Vì I là trung điểm của AB nên ta có :
  ⇒ B(6; 17).
Câu 3. Trong hệ tọa độ Oxy cho tam giác ABC có A (– 2 + x ; 2), B (3 ; 5 + 2y), C(x ; 3 – y). Tìm tổng 2x + y với x, y để O(0 ; 0) là trọng tâm tam giác ABC?
A. – 7;
B. – 2 ;
C. – 11; 
D. .
Hướng dẫn giải
Đáp án đúng là: C
Vì O là trọng tâm tam giác ABC nên, ta có:
  

====== ****&**** =====