Với tóm tắt lý thuyết Toán lớp 10 Bài 4: Tổng và hiệu của hai 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 4: Tổng và hiệu của hai vectơ

Video giải Toán 10 Bài 4: Tổng và hiệu của hai vectơ - Cánh diều

A. Lý thuyết Tổng và hiệu của hai vectơ

1. Tổng của hai vectơ

1.1. Định nghĩa

– Với ba điểm bất kì A, B, C, vectơ $\overrightarrow{\mathrm{AC}}$ được gọi là tổng của hai vectơ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$, kí hiệu là $\overrightarrow{\mathrm{AC}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$.

– Cho hai vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{b}}$. Lấy một điểm A tùy ý, vẽ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$= $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$= $\overrightarrow{\mathrm{b}}$. Vectơ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ được gọi là tổng của hai vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{b}}$. Ta kí hiệu tổng của hai vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{b}}$ là $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{b}}$. Vậy $\overrightarrow{\mathrm{AC}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{b}}$.

Phép lấy tổng của hai vectơ còn được gọi là phép cộng vectơ.

Ví dụ: Cho hình chữ nhật ABCD tâm O. Tính:

a) $\overrightarrow{\mathrm{OA}}$+ $\overrightarrow{\mathrm{DC}}$

b) $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{OA}}$

Hướng dẫn giải:

a) Vì ABCD là hình chữ nhật nên AB // CD và AB = CD.

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{DC}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$.

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{OA}}$+ $\overrightarrow{\mathrm{DC}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{OA}}$+ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$= $\overrightarrow{\mathrm{OB}}$.

b) Vì A, O, C thẳng hàng (O là trung điểm của đường chéo AC)

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{OA}}$= $\overrightarrow{\mathrm{CO}}$.

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{OA}}$= $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{CO}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{BO}}$.

1.2. Quy tắc hình bình hành

Nếu ABCD là hình bình hành thì $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$+$\overrightarrow{\mathrm{AD}}$= $\overrightarrow{\mathrm{AC}}$.

Ví dụ: Chứng minh quy tắc hình bình hành.

Hướng dẫn giải:

Ta có: $\overrightarrow{\mathrm{AD}}$= $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$.

Suy ra: $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$+$\overrightarrow{\mathrm{AD}}$= $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$+ $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$= $\overrightarrow{\mathrm{AC}}$.

1.3. Tính chất

Với ba vectơ tùy ý $\overrightarrow{\mathrm{a}}$, $\overrightarrow{\mathrm{b}}$, $\overrightarrow{\mathrm{c}}$ ta có:

$\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{b}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{b}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ (tính chất giao hoán) ;

($\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{b}}$) + $\overrightarrow{\mathrm{c}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + ($\overrightarrow{\mathrm{b}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{c}}$) (tính chất kết hợp);

$\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + $\overrightarrow{0}$ = $\overrightarrow{0}$ + $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ (tính chất của vectơ–không).

Chú ý: Tổng ba vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{b}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{c}}$ được xác định theo một trong hai cách sau:

($\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{b}}$) + $\overrightarrow{\mathrm{c}}$ hoặc $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + ($\overrightarrow{\mathrm{b}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{c}}$).

Ví dụ: Cho 5 điểm tùy ý A, B, C, D, E. Chứng minh rằng:

a) $\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{EC}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}+\overrightarrow{\mathrm{BE}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$.

b) $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$+ $\overrightarrow{\mathrm{CD}}$+ $\overrightarrow{\mathrm{EA}}$= $\overrightarrow{\mathrm{CB}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{ED}}$.

Hướng dẫn giải:

a) Ta có:

$\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{EC}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}+\overrightarrow{\mathrm{BE}}$ 

= $\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}+\overrightarrow{\mathrm{BE}}+\overrightarrow{\mathrm{EC}}$              (áp dụng tính chất giao hoán)

= $\left(\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}\right)+\left(\overrightarrow{\mathrm{BE}}+\overrightarrow{\mathrm{EC}}\right)$        (áp dụng tính chất kết hợp)

= $\overrightarrow{\mathrm{CA}}+\overrightarrow{\mathrm{BC}}$  (áp dụng quy tắc cộng vectơ)

= $\overrightarrow{\mathrm{BC}}+\overrightarrow{\mathrm{CA}}$  (áp dụng tính chất giao hoán)

= $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$ (áp dụng quy tắc cộng vectơ) (đpcm).

Vậy $\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{EC}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}+\overrightarrow{\mathrm{BE}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$.

b) Ta có:

$\overrightarrow{\mathrm{AB}}$+ $\overrightarrow{\mathrm{CD}}$+ $\overrightarrow{\mathrm{EA}}$

= $\left(\overrightarrow{\mathrm{AC}}+\overrightarrow{\mathrm{CB}}\right)+\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\left(\overrightarrow{\mathrm{ED}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}\right)$         (áp dụng quy tắc cộng vectơ)

= $\overrightarrow{\mathrm{CB}}+\overrightarrow{\mathrm{ED}}+\overrightarrow{\mathrm{AC}}+\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}$               (áp dụng tính chất giao hoán)

= $\overrightarrow{\mathrm{CB}}+\overrightarrow{\mathrm{ED}}+\left(\overrightarrow{\mathrm{AC}}+\overrightarrow{\mathrm{CD}}\right)+\overrightarrow{\mathrm{DA}}$  (áp dụng tính chất kết hợp)

= $\overrightarrow{\mathrm{CB}}+\overrightarrow{\mathrm{ED}}+\stackrel{\rightharpoonup }{\mathrm{AD}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}$             (áp dụng quy tắc cộng vectơ)

= $\overrightarrow{\mathrm{CB}}+\overrightarrow{\mathrm{ED}}+\left(\stackrel{\rightharpoonup }{\mathrm{AD}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}\right)$           (áp dụng tính chất kết hợp)

= $\overrightarrow{\mathrm{CB}}+\overrightarrow{\mathrm{ED}}+\overrightarrow{\mathrm{AA}}$ 

= $\overrightarrow{\mathrm{CB}}+\overrightarrow{\mathrm{ED}}+\overrightarrow{0}$      (vectơ có điểm đầu và điểm cuối trùng nhau là vectơ–không)

= $\overrightarrow{\mathrm{CB}}+\overrightarrow{\mathrm{ED}}$            (áp dụng tính chất vectơ–không) (đpcm).

2. Hiệu của hai vectơ

2.1. Hai vectơ đối nhau

Định nghĩa: Vectơ có cùng độ dài và ngược hướng với vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ được gọi là vectơ đối của vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$, kí hiệu là –$\overrightarrow{\mathrm{a}}$. Hai vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ và –$\overrightarrow{\mathrm{a}}$ được gọi là hai vectơ đối nhau.

Quy ước: Vectơ đối của vectơ $\overrightarrow{0}$ là vectơ $\overrightarrow{0}$.

Nhận xét:

+) $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + (–$\overrightarrow{\mathrm{a}}$) = (–$\overrightarrow{\mathrm{a}}$) + $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ = $\overrightarrow{0}$

+) Hai vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$, $\overrightarrow{\mathrm{b}}$ là hai vectơ đối nhau khi và chỉ khi $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + $\overrightarrow{\mathrm{b}}$ = $\overrightarrow{0}$.

+) Với hai điểm A, B, ta có: $\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{BA}}=\overrightarrow{0}$.

Lưu ý: Cho hai điểm A, B. Khi đó hai vectơ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$ là hai vectơ đối nhau, tức là $\overrightarrow{\mathrm{BA}}=-\overrightarrow{\mathrm{AB}}.$  

Chú ý:

– I là trung điểm của đoạn thẳng AB khi và chỉ khi $\overrightarrow{\mathrm{IA}}+\overrightarrow{\mathrm{IB}}=\overrightarrow{0}$.

– G là trọng tâm của tam giác ABC khi và chỉ khi $\overrightarrow{\mathrm{GA}}+\overrightarrow{\mathrm{GB}}+\overrightarrow{\mathrm{GC}}=\overrightarrow{0}$.

Ví dụ: Cho hình vuông ABCD có tâm O. Tìm vectơ đối của các vectơ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$, $\overrightarrow{\mathrm{AO}}$.

Hướng dẫn giải:

+ Vì $\left|\overrightarrow{\mathrm{BA}}\right|=\left|\overrightarrow{\mathrm{AB}}\right|$= AB và $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$ ngược hướng với  $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$ = –$\overrightarrow{\mathrm{AB}}$

Þ $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$ là vectơ đối của vectơ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$.

+ Vì AB = CD, AB // CD (ABCD là hình vuông)

⇒ $\left|\overrightarrow{\mathrm{AB}}\right|=\left|\overrightarrow{\mathrm{CD}}\right|$ và $\overrightarrow{\mathrm{CD}}$ ngược hướng với $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{CD}}$ = –$\overrightarrow{\mathrm{AB}}$

Þ $\overrightarrow{\mathrm{CD}}$ là vectơ đối của vectơ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$.

Vì A, O, C là ba điểm thẳng hàng và OA = OC (ABCD là hình vuông)

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{AO}}$ ngược hướng với $\overrightarrow{\mathrm{CO}}$ và $\left|\overrightarrow{\mathrm{AO}}\right|=\left|\overrightarrow{\mathrm{CO}}\right|$

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{CO}}$ = –$\overrightarrow{\mathrm{AO}}$

Þ $\overrightarrow{\mathrm{CO}}$ là vectơ đối của $\overrightarrow{\mathrm{AO}}$.

Vậy $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$, $\overrightarrow{\mathrm{CD}}$ là vectơ đối của vectơ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{CO}}$ là vectơ đối của $\overrightarrow{\mathrm{AO}}$.

2.2. Hiệu của hai vectơ

Hiệu của hai vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{b}}$, kí hiệu là $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ – $\overrightarrow{\mathrm{b}}$, là tổng của vectơ $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ và vectơ đối của vectơ $\overrightarrow{\mathrm{b}}$, tức là $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ – $\overrightarrow{\mathrm{b}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{a}}$ + (–$\overrightarrow{\mathrm{b}}$).

Phép lấy hiệu của hai vectơ được gọi là phép trừ hai vectơ.

Nhận xét: Với ba điểm bất kì A, B, O ta có: $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{OB}}-\overrightarrow{\mathrm{OA}}$.

Ví dụ: Cho 4 điểm A, B, C, D phân biệt. Chứng minh rằng:

$\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ – $\overrightarrow{\mathrm{AD}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{DC}}-\overrightarrow{\mathrm{BC}}$

Hướng dẫn giải:

Ta có:

$\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ – $\overrightarrow{\mathrm{AD}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{DB}}$             (áp dụng quy tắc về hiệu hai vectơ) (1)

$\overrightarrow{\mathrm{DC}}-\overrightarrow{\mathrm{BC}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{DC}}+\left(-\overrightarrow{\mathrm{BC}}\right)$ = $\overrightarrow{\mathrm{DC}}+\overrightarrow{\mathrm{CB}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{DB}}$           (vectơ đối) (2)

Từ (1) và (2) suy ra: $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$ – $\overrightarrow{\mathrm{AD}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{DC}}-\overrightarrow{\mathrm{BC}}$ (đpcm).

B. Bài tập tự luyện

B.1 Bài tập tự luận

Bài 1. Cho hình vuông ABCD tâm O. Tính tổng $\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{CB}}$ và $\overrightarrow{\mathrm{CO}}+\overrightarrow{\mathrm{AD}}$.

Hướng dẫn giải:

+ Vì ABCD là hình vuông nên AB // DC và AB = DC.

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{\mathrm{DC}}$

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{CB}}=\overrightarrow{\mathrm{DC}}+\overrightarrow{\mathrm{CB}}$

Áp dụng quy tắc cộng hai vectơ ta có:

$\overrightarrow{\mathrm{DC}}+\overrightarrow{\mathrm{CB}}=\overrightarrow{\mathrm{DB}}$

Do đó, $\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{CB}}$= $\overrightarrow{\mathrm{DB}}$.

+ Vì A, O, C cùng nằm trên một đường thẳng và OA = OC (O là tâm hình vuông ABCD).

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{CO}}=\overrightarrow{\mathrm{OA}}$

⇒ $\overrightarrow{\mathrm{CO}}+\overrightarrow{\mathrm{AD}}=\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{AD}}$

Áp dụng quy tắc công hai vectơ ta có:

$\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{AD}}=\overrightarrow{\mathrm{OD}}$

Vậy $\overrightarrow{\mathrm{CO}}+\overrightarrow{\mathrm{AD}}$ = $\overrightarrow{\mathrm{OD}}$.

Bài 2. Cho tam giác ABC có G là trọng tâm của tam giác.

Tính độ dài vectơ $\overrightarrow{\mathrm{GA}}+\overrightarrow{\mathrm{GB}}+\overrightarrow{\mathrm{GC}}$.

Hướng dẫn giải:

Vì G là trọng tâm tam giác ABC nên ta áp dụng quy tắc trọng tâm có:

$\overrightarrow{\mathrm{GA}}+\overrightarrow{\mathrm{GB}}+\overrightarrow{\mathrm{GC}}=\overrightarrow{0}$

⇒ $\left|\overrightarrow{\mathrm{GA}}+\overrightarrow{\mathrm{GB}}+\overrightarrow{\mathrm{GC}}\right|=\left|\overrightarrow{0}\right|=0$

Vậy độ dài vectơ $\overrightarrow{\mathrm{GA}}+\overrightarrow{\mathrm{GB}}+\overrightarrow{\mathrm{GC}}$ là 0.

B.2 Bài tập trắc nghiệm

Câu 1. Cho ba điểm phân biệt A, B, C. Đẳng thức nào sau đây đúng?

A. $\overrightarrow{\mathrm{CA}}-\overrightarrow{\mathrm{BA}}=\overrightarrow{\mathrm{BC}};$                                                     

B. $\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{AC}}=\overrightarrow{\mathrm{BC}};$

C. $\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{CA}}=\overrightarrow{\mathrm{CB}};$                                                     

D. $\overrightarrow{\mathrm{AB}}-\overrightarrow{\mathrm{BC}}=\overrightarrow{\mathrm{CA}}.$

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: C

Xét các đáp án:

- Đáp án A. Ta có $\overrightarrow{\mathrm{CA}}-\overrightarrow{\mathrm{BA}}=\overrightarrow{\mathrm{CA}}+\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{\mathrm{CB}}=-\overrightarrow{\mathrm{BC}}$. Vậy A sai.

- Đáp án B sai vì $\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{BC}}=\overrightarrow{\mathrm{AC}}\Rightarrow \overrightarrow{\mathrm{BC}}=\overrightarrow{\mathrm{AC}}-\overrightarrow{\mathrm{AB}}$$\ne \overrightarrow{\mathrm{AC}}+\overrightarrow{\mathrm{AB}}$.

- Đáp án C. Ta có $\overrightarrow{\mathrm{AB}}+\overrightarrow{\mathrm{CA}}=\overrightarrow{\mathrm{CA}}+\overrightarrow{\mathrm{AB}}=\overrightarrow{\mathrm{CB}}$. Vậy C đúng.

Câu 2. Cho 5 điểm bất kỳ A, B, C, D, E. Tính tổng $\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{EC}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}+\overrightarrow{\mathrm{BE}}$.

A. $\overrightarrow{\mathrm{BC}}$; 

B. $\overrightarrow{\mathrm{CA}}$;

C. $\overrightarrow{\mathrm{EC}}$;               

D. $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

$\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{EC}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}}+\overrightarrow{\mathrm{BE}}$ 

= $(\overrightarrow{\mathrm{CD}}+\overrightarrow{\mathrm{DA}})+(\overrightarrow{\mathrm{BE}}+\overrightarrow{\mathrm{EC}})$         (tính chất giao hoán và kết hợp)

= $\overrightarrow{\mathrm{CA}}+\overrightarrow{\mathrm{BC}}$          (quy tắc ba điểm)

= $\overrightarrow{\mathrm{BC}}+\overrightarrow{\mathrm{CA}}$          (tính chất giao hoán)

= $\overrightarrow{\mathrm{BA}}$.

Câu 3. Cho hình bình hành ABCD tâm O. Khi đó, $\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{BO}}=?$

A. $\overrightarrow{\mathrm{OC}}+\overrightarrow{\mathrm{OB}}$;

B. $\overrightarrow{\mathrm{AB}}$;

C. $\overrightarrow{\mathrm{OC}}+\overrightarrow{\mathrm{DO}}$;

D. $\overrightarrow{\mathrm{CD}}$.

Hướng dẫn giải:

Đáp án đúng là: D.

Áp dụng tính chất giao hoán và quy tắc ba điểm cho ba điểm A, O, B ta có:  $\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{BO}}=\overrightarrow{\mathrm{BO}}+\overrightarrow{\mathrm{OA}}=\overrightarrow{\mathrm{BA}}$.

Xét hình bình hành ABCD có: $\overrightarrow{\mathrm{BA}}=\overrightarrow{\mathrm{CD}}$

Vậy $\overrightarrow{\mathrm{OA}}+\overrightarrow{\mathrm{BO}}=\overrightarrow{\mathrm{CD}}$.

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Toán lớp 10 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 3: Khái niệm vectơ

Lý thuyết Bài 4: Tổng và hiệu của hai vectơ

Lý thuyết Bài 5: Tích của một số với một vectơ

Lý thuyết Bài 6: Tích vô hướng của hai vectơ

Bài giảng Toán 10 Bài 4: Tổng và hiệu của hai vectơ - Cánh diều