Nachdem wir nun die Definition eines Vektors kennen, werden wir einige der grundlegenden Rechenoperationen untersuchen, die zwischen Vektoren durchgeführt werden können.

 

Vektoraddition

 

Wenn wir zwei Vektoren \vec{u} = (u_1, u_2) und \vec{v} = (v_1, v_2) haben, ist die Summe aus \vec{u} und \vec{v}

 

\displaystyle \vec{u} + \vec{v} = (u_1 + v_1, u_2 + v_2)

 

Der Summenvektor \vec{u} und \vec{v} ist also der Vektor, den man erhält, wenn man die jeweiligen Komponenten dieser Vektoren addiert: Die erste Komponente des Vektors \vec{u} wird mit der ersten Komponente des Vektors \vec{v} addiert. Die zweite Komponente des Vektors \vec{u} wird mit der zweiten Komponente des Vektors \vec{v} addiert.

 

 Grafische Interpretation der Addition

 

Die folgende Grafik stellt die Summe der Vektoren \vec{u} und \vec{v} dar:

 

Grafische Darstelllung der Summe der Vektoren u und v

 

Wenn \vec{u} und \vec{v} zwei freie Vektoren sind, müssen wir, um diese grafisch zu addieren, den Repräsentanten des Vektors \vec{v} auswählen, dessen Anfangspunkt der Endpunkt des Vektors \vec{u} ist. \vec{u} + \vec{v} ist schließlich der Vektor, dessen Anfangspunkt der Anfangspunkt des Vektors \vec{u} ist und dessen Endpunkt der Endpunkt des Vektors \vec{v} ist.

 

Es ist auch möglich, einen Repräsentanten des Vektors  \vec{u} so zu wählen, dass sein Anfangspunkt der Endpunkt des Vektors \vec{v} ist. Die Summe \vec{u} + \vec{v} ergibt das gleiche Ergebnis, aber wir erhalten Sie, indem wir den Anfanfangspunkt des Vektors \vec{v} mit dem Endpunkt des Vektors \vec{u} verbinden.

 

Parallelogrammgleichung

 

Was wir oben als grafische Summe der Vektoren besprochen haben, ist als Parallelogrammgleichung bekannt. Insbesondere wenn wir zwei freie Vektoren mit einem gemeinsamen Anfangspunkt addieren möchten, müssen wir Geraden parallel zu den Vektoren zeichnen. Auf diese Weise erhält man ein Parallelogramm, dessen Diagonale - die im Anfangspunkt der Vektoren beginnt - die Summe der Vektoren selbst ist.

 

Die folgende Abbildung zeigt die Parallelogrammgleichung.

 

Grafische Darstellung der Parallelogrammgleichung mit den Vektoren u und v

 

Die Differenz von \vec{u} und \vec{v} ist ganz einfach die Summe von \vec{u} und -\vec{v} (das heißt, der Gegenvektor von \vec{v}).

 

Wenn wir also die Komponenten von \vec{u} und \vec{v} betrachten, ist die Differenz gegeben durch

 

\displaystyle \vec{u} - \vec{v} = \vec{u} + \left(- \vec{v}\right) = (u_1 - v_1, u_2 - v_2)

 

Grafisch dargestellt erhalten wir die Differenz von \vec{u} und \vec{v} auf gleiche Weise wie die Summe. Der einzige Unterschied besteht darin, dass wir den Gegenvektor von \vec{v} addieren. Wenn wir uns die folgende Abbildung, die \vec{u} - \vec{v} darstellt, ansehen, stellen wir fest, dass sich im Endpunkt des Vektors \vec{u} der Anfangspunkt von - \vec{v} befindet.

 

Grafische Darstellung der Differenz von den Vektoren u und v

 

Wir stellen fest, dass die Differenz \vec{u} - \vec{v} grafisch dargestellt der Vektor ist, der den Endpunkt des Vektors \vec{v} mit dem Endpunkt des Vektors \vec{u} verbindet.

 

Skalarmultiplikation

 

Die Multiplikation eines Vektors \vec{u} mit einer Zahl k wird k\vec{u} oder k \cdot \vec{u} geschrieben. Die Zahl k nennt man auch Skalar. Außerdem ergibt die Multiplikation mit einem Skalar einen weiteren Vektor, der folgende Eigenschaften besitzt:

 

  • k\vec{u} hat die gleiche Richtung wie \vec{u}.
  • Wenn k positiv ist, hat k\vec{u} die gleiche Orientierung wie \vec{u}.
  • Wenn k negativ ist, hat k\vec{u} die entgegengesetzte Orientierung wie \vec{u}.
  • Der Betrag von k\vec{u} ist | k | \cdot \left|\vec{u} \right|

 

Die folgende Grafik zeigt die Multiplikation von \vec{u} mit 3.

 

Grafische Darstellung der Multiplikation eines Vektors u mit 3

 

Wenn \vec{u} = (u_1, u_2), ist die Multiplikation mit einem Skalar gegeben durch

 

\displaystyle k\vec{u} = (k \cdot u_1, k \cdot u_2)

 

Beispielaufgaben zum Rechnen mit Vektoren

 

Wir sehen uns die Vektoren \vec{u} = (-2, 5) und \vec{v} = (3, -1) an. Somit:

 

1 Die Summe ist gegeben durch:

 

\displaystyle \vec{u} + \vec{v} = (-2 +3 , 5 - 1) = (1, 4)

 

2 Die Differenz ist:

 

\displaystyle \vec{u} - \vec{v} = \left(-2 - 3 , 5 - (-1) \right) = (-5, 6)

 

3 Der Gegenvektor von \vec{u} ist:

 

\displaystyle -\vec{u}= \left( 2 , -5 \right)

 

4 Die Skalarmultiplikation aus \vec{v} und 3 ist gegeben durch:

 

\displaystyle 3 \vec{v}= \left( 9 , -3 \right)

 

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Katrin

Ich bin staatlich geprüfte Übersetzerin & Dolmetscherin mit den Arbeitssprachen Englisch, Spanisch, Deutsch. Meine Ausbildung habe ich am SDI München mit dem Fachgebiet Technik abvsolviert und übersetze hauptsächlich im technischen sowie mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich. Bei Superprof darf ich die Mathe-Expert*innen unterstützen, indem ich ihre Artikel ins Deutsche übersetze.