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圖解向量與解析幾何
本書是為了解決一段人對向量的大量疑惑。因為從物理的功、力矩定義導入向量內積、外積概念,令人誤會沒有這兩個觀念就不能將解析幾何,由二度推到三度空間。及為什麼能用物理概念推論數學?本書詳細說明數學及物理的向量歷史,認知到解析幾何根本不需要「向量」概念,就能夠推廣,只是相當繁瑣。並理解是數學支撐物理,而不是物理來說明數學。
作者之一多年來在求學與教學深受上述問題困擾,因為用物理說明數學會導致學生不理解、造成教學困難。兩位作者都認為死背定義的數學學習,或說不清楚的數學,根本不配稱為好的數學教育。因為數學是一門可以被說清楚的演繹邏輯,不能說清楚的部分越少越好。想要保持數學直覺性與創意性,適當的途徑是研究這門學科的歷史和現狀。因此本書盡可能釐清內積、外積在數學與物理的混亂。希望學生不再有困惑,心理不再存在疙瘩,並了解在自然科學中,數學具有不可理喻的有效性。
作者之一多年來在求學與教學深受上述問題困擾,因為用物理說明數學會導致學生不理解、造成教學困難。兩位作者都認為死背定義的數學學習,或說不清楚的數學,根本不配稱為好的數學教育。因為數學是一門可以被說清楚的演繹邏輯,不能說清楚的部分越少越好。想要保持數學直覺性與創意性,適當的途徑是研究這門學科的歷史和現狀。因此本書盡可能釐清內積、外積在數學與物理的混亂。希望學生不再有困惑,心理不再存在疙瘩,並了解在自然科學中,數學具有不可理喻的有效性。
- 前言
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第1章 疑惑與歷史
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1-1 向量常見的疑惑
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1-2 數學與物理的關係
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1-3 數學的歷史
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1-4 太多新的定義
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1-5 向量的教學順序令人困惑
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第2章 傳統解析幾何
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2-1 笛卡兒的平面座標
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2-2 平面座標系的直線方程式(1):由來
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2-3 平面座標系的直線方程式(2):斜截式
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2-4 平面座標系的直線方程式(3):點斜式、截距式
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2-5 平面座標系的直線方程式(4):兩點式
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2-6 平面座標系的直線方程式(5):參數式
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2-7 空間座標系的平面方程式(1):由來
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2-8 空間座標系的平面方程式(2):表示方法
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2-9 空間座標系的直線方程式
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2-10 平面座標系的兩直線夾角
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2-11 空間座標系的兩直線夾角
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2-12 平面座標系、空間座標系的距離問題
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2-13 平面座標系的點到線的距離(1):畢氏定理
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2-14 平面座標系的點到線的距離(2):三角函數
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2-15 平面座標系的點到線的距離(3):參數式
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2-16 空間座標系的點到線的距離、兩平行線的距離
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2-17 空間座標系的點到面的距離
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2-18 各個平行情況的距離
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2-19 空間座標系的兩歪斜線的距離
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2-20 空間座標系的兩平面相交直線方程式
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2-21 空間座標系的兩平面夾角
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2-22 整合此章的數學式
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2-23 參數式的起源:拋物線
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第3章 行列式
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3-1 解聯立方程式:兩變數
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3-2 解聯立方程組:三變數
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3-3 行列式的運算(1):二階
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3-4 行列式的運算(2):三階
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3-5 克拉碼行列式求平面方程式
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3-6 二階行列式與面積關係
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3-7 三階行列式與體積關係
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3-8 變形的二階行列式(測量員公式)求多邊形面積(1)
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3-9 變形的二階行列式(測量員公式)求多邊形面積(2)
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第4章 高斯列運算
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4-1 加減消去法與列運算(1):兩變數
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4-2 加減消去法與列運算(2):三變數
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4-3 高斯列運算求平面方程式
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第5章 向量在物理的意義
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5-1 向量在物理的意義
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5-2 功與內積
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5-3 力矩與外積
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5-4 向量的定義
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5-5 向量的基礎計算(1)
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5-6 向量的基礎計算(2)
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5-7 向量的基礎計算(3)
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5-8 正射影與正射影長
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5-9 向量與藝術:投影幾何
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5-10 向量數學式總結
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第6章 向量改變數學的教法
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6-1 數學的夾角與內積
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6-2 向量與平面上的直線方程式關係
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6-3 數學的平面方程式係數與外積(1):解析幾何方法
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6-4 數學的平面方程式係數與外積(2):法向量與力矩
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6-5 數學的平面方程式係數與外積(3):法向量怎麼求
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6-6 利用向量求平面上點到線的距離
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6-7 利用向量求空間中點到平面的距離
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6-8 利用向量表示傾斜程度(斜率)
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6-9 向量與柯西不等式(1):如何證明
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6-10 向量與柯西不等式(2):柯西不等式與配方法的關係
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6-11 向量與柯西不等式(3):如何記憶
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6-12 利用向量與二階行列式,求平面座標系的三角形面積
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6-13 利用向量與三階行列式,求平面座標系三角形面積,及兩向量張出的平行四邊形面積
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6-14 利用向量與二階行列式,求空間座標系的三角形面積,及兩向量張出的平行四邊形面積
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6-15 空間座標系的「兩向量張出的平行四邊形面積值」等於「兩向量外積後的公垂向量長度值」
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6-16 三角錐體積與行列式(1):拉格朗日
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6-17 三角椎體積與行列式(2):向量方法
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6-18 空間座標系的三向量張出平行六面體體積
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6-19 空間座標系的點到線的距離(1)
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6-20 空間座標系的點到線的距離(2)
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6-21 歪斜線的向量討論(1)
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6-22 歪斜線的向量討論(2)
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6-23 三垂線定理的討論
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6-24 向量方法證明畢氏定理、三角不等式
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6-25 傳統解析幾何的分點公式與向量的三點共線定理
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6-26 計算三角形重心
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6-27 計算三角形內心(1):向量方法
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6-28 計算三角形內心(2):傳統解析幾何
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6-29 外心、垂心的向量性質
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6-30 兩面角與兩平面交線的向量求法
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6-31 二度空間的角平分線與三度空間的角平分面
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6-32 三度空間的角平分線
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第7章 向量從物理到數學,再回到物理
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7-1 物理數學家與數學物理家
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7-2 向量對數學的意義
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7-3 數學與物理互相幫助
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第8章 矩陣
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8.1 動畫的由來(1)
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8-2 動畫的由來(2)
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8-3 動畫的由來(3)
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8.4 矩陣的由來
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8-5 矩陣的運算(1):二階矩陣PART1
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8-6 矩陣的運算(2):二階矩陣PART2
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8-7 矩陣的運算(3):二階矩陣PART3
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8-8 矩陣的運算(4):三階矩陣
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8-9 矩陣的運算(5):二階矩陣的反矩陣的由來
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8-10 矩陣的運算(6):三階矩陣的反矩陣的由來與記法
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8-11 矩陣的應用(1):轉移矩陣的概念
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8-12 矩陣的應用(2):如何求轉移矩陣
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8-13 矩陣的應用(3):血型的轉移矩陣
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第9章 總結
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9-1 相關歷史
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9-2 結論
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附錄
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附錄1. 為什麼負負得正呢?
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附錄2. 為什麼阿拉伯數字會長這樣?
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附錄3. 配方法與雙重配方法
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附錄4. 相關聯結
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