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方向余弦的平方和为1的推导和比较

非零向量r与三条坐标轴的夹角α,β,γ称为向量r的方向角.设OM=r=(x,y,z)

cosα=x|OM|cosβ=y|OM|cosγ=z|OM|

称为向量r的方向余弦.那么

cos2α+cos2β+cos2γ=1

有2种方法得到上述结果.

方法1

因为

(cosα,cosβ,cosγ)=(x|r|,y|r|,z|r|)=1|r|(x,y,z)=r|r|=er

所以以向量r的方向余弦为坐标的向量是与r同方向的单位向量.由单位向量的模为1,得

cos2α+cos2β+cos2γ=1cos2α+cos2β+cos2γ=1

方法2

cos2α+cos2β+cos2γ=(x|r|)2+(y|r|)2+(z|r|)2=x2+y2+z2(|r|)2=x2+y2+z2x2+y2+z2=1

我们给出方向余弦的定义的最初目的,是为了求与任意非零向量 同向的单位向量,因此,为了方便记忆,第一种方法较好.