Как пишется угол между векторами

Длина вектора, угол между векторами – эти понятия являются естественно-применимыми и интуитивно понятными при определении вектора как отрезка определенного направления. Ниже научимся определять угол между векторами в трехмерном пространстве, его косинус и рассмотрим теорию на примерах.

Для рассмотрения понятия угла между векторами обратимся к графической иллюстрации: зададим на плоскости или в трехмерном пространстве два вектора a→ и b→ , являющиеся ненулевыми. Зададим также произвольную точку O и отложим от нее векторы OA→=b→ и OB→=b→

Определение 1

Углом между векторами a→ и b→ называется угол между лучами ОА и ОВ.

Полученный угол будем обозначать следующим образом: a→,b→^

Нахождение угла между векторами

Очевидно, что угол имеет возможность принимать значения от 0 до π или от 0 до 180 градусов.

a→,b→^=0, когда векторы являются сонаправленными и a→,b→^=π , когда векторы противоположнонаправлены.

Определение 2

Векторы называются перпендикулярными, если угол между ними равен 90 градусов или π2 радиан.

Если хотя бы один из векторов является нулевым, то угол a→,b→^ не определен.

Нахождение угла между векторами

Косинус угла между двумя векторами, а значит и собственно угол, обычно может быть определен или при помощи скалярного произведения векторов, или посредством теоремы косинусов для треугольника, построенного на основе двух данных векторов.

Согласно определению скалярное произведение есть a→, b→=a→·b→·cosa→,b→^.

Если заданные векторы a→ и b→ ненулевые, то можем разделить правую и левую части равенства на произведение длин этих векторов, получая, таким образом, формулу для нахождения косинуса угла между ненулевыми векторами:

cosa→,b→^=a→,b→a→·b→

Данная формула используется, когда в числе исходных данных есть длины векторов и их скалярное произведение.

Пример 1

Исходные данные: векторы a→ и b→ . Длины их равны 3 и 6 соответственно, а их скалярное произведение равно -9. Необходимо вычислить косинус угла между векторами и найти сам угол.

Решение

Исходных данных достаточно, чтобы применить полученную выше формулу, тогда cosa→,b→^=-93·6=-12 , 

Теперь определим угол между векторами: a→,b→^=arccos (-12)=3π4

Ответ: cosa→,b→^=-12, a→,b→^=3π4

Чаще встречаются задачи, где векторы задаются координатами в прямоугольной системе координат. Для таких случаев необходимо вывести ту же формулу, но в координатной форме.

Длина вектора определяется как корень квадратный из суммы квадратов его координат, а скалярное произведение векторов равно сумме произведений соответствующих координат. Тогда формула для нахождения косинуса угла между векторами на плоскости a→=(ax, ay), b→=(bx, by) выглядит так:

cosa→,b→^=ax·bx+ay·byax2+ay2·bx2+by2

А формула для нахождения косинуса угла между векторами в трехмерном пространстве a→=(ax, ay, az), b→=(bx, by, bz) будет иметь вид: cosa→,b→^=ax·bx+ay·by+az·bzax2+ay2+az2·bx2+by2+bz2

Пример 2

Исходные данные: векторы a→=(2, 0, -1), b→=(1, 2, 3) в прямоугольной системе координат. Необходимо определить угол между ними.

Решение

  1. Для решения задачи можем сразу применить формулу:

cosa→,b→^=2·1+0·2+(-1)·322+02+(-1)2·12+22+32=-170⇒a→,b→^=arccos(-170)=-arccos170

  1. Также можно определить угол по формуле:

cosa→,b→^=(a→, b→)a→·b→,

но предварительно рассчитать длины векторов и скалярное произведение по координатам: a→=22+02+(-1)2=5b→=12+22+32=14a→,b→^=2·1+0·2+(-1)·3=-1cosa→,b→^=a→,b→^a→·b→=-15·14=-170⇒a→,b→^=-arccos170

Ответ: a→,b→^=-arccos170

Также распространены задачи, когда заданы координаты трех точек в прямоугольной системе координат и необходимо определить какой-нибудь угол. И тогда, для того, чтобы определить угол между векторами с заданными координатами точек, необходимо вычислить координаты векторов в виде разности соответствующих точек начала и конца вектора.

Пример 3

Исходные данные: на плоскости в прямоугольной системе координат заданы точки A(2, -1), B(3, 2), C(7, -2). Необходимо определить косинус угла между векторами AC→ и BC→.

Решение 

Найдем координаты векторов по координатам заданных точек AC→=(7-2, -2-(-1))=(5, -1)BC→=(7-3, -2-2)=(4, -4)

Теперь используем формулу для определения косинуса угла между векторами на плоскости в координатах: cosAC→, BC→^=(AC→, BC→)AC→·BC→=5·4+(-1)·(-4)52+(-1)2·42+(-4)2=2426·32=313

Ответ: cosAC→, BC→^=313

Угол между векторами можно определить по теореме косинусов. Отложим от точки O векторы OA→=a→ и OB→=b→ , тогда, согласно теореме косинусов в треугольнике ОАВ, будет верным равенство:

AB2=OA2+OB2-2·OA·OB·cos(∠AOB) ,

что равносильно:

b→-a→2=a→+b→-2·a→·b→·cos(a→, b→)^

и отсюда выведем формулу косинуса угла:

cos(a→, b→)^=12·a→2+b→2-b→-a→2a→·b→

Для применения полученной формулы нам нужны длины векторов, которые несложно определяются по их координатам.

Хотя указанный способ имеет место быть, все же чаще применяют формулу:

cos(a→, b→)^=a→, b→a→·b→

Ирина Мальцевская

Преподаватель математики и информатики. Кафедра бизнес-информатики Российского университета транспорта

Угол между векторами

Иногда студенты при решении задач аналитической геометрии сталкиваются с вопросом: «Как найти угол между векторами?». Чтобы решить такую задачу нужно сначала найти косинус угла между ними, а затем и сам угол. Для этого применяется такая формула: $$ phi = arccos(cos phi) $$

Если воспользоваться данной формулой, то сначала нужно найти угол между векторами $ cos phi $. Затем находим арккосинус от косинуса угла $ phi $. А чему равен $ cos phi $? Для его нахождения необходимо воспользоваться следующими формулами.

Формула

Если векторы расположены на плоскости и координаты их заданы в виде: $ overline{a} = (a_x; a_y) $ и $ overline{b} = (b_x; b_y) $, то найти угол между ними можно так:

$$ cos phi = frac{(overline{a},overline{b})}{|overline{a}| cdot |overline{b}|} = frac{a_xcdot b_x + a_y cdot b_y}{sqrt{a_x ^2 + a_y ^2}cdot sqrt{b_x ^2 + b_y ^2}} $$

Если вектора находятся в пространстве и координаты каждого из них заданы в виде: $ overline{a} = (a_x; a_y; a_z) $ и $ overline{b} = (b_x; b_y; b_z) $, то вычислить косинус угла следует по формуле:

$$ cos phi = frac{(overline{a},overline{b})}{|overline{a}| cdot |overline{b}|} = frac{a_xcdot b_x + a_y cdot b_y + a_z cdot b_z}{sqrt{a_x ^2 + a_y ^2 + a_z ^2}cdot sqrt{b_x ^2 + b_y ^2 + b_z ^2}} $$

Пояснение. В числителе расположено скалярное произведение векторов $ overline{a} $ и $ overline{b} $. Оно равно сумме произведений соответствующих координат. В знаменателе перемножаются модули (длины) векторов.

Примеры решений

Пример 1
Найти угол между векторами $ overline{a} = (2;4) $ и $ overline{b} = (3;1) $
Решение

Сначала находим косинус угла между векторами по формуле:

$$ cos phi = frac{(overline{a},overline{b})}{|overline{a}| cdot |overline{b}|} = frac{2cdot 3 + 4 cdot 1}{sqrt{2^2 + 4^2} cdot sqrt{3^2 + 1^2} } = frac{10}{sqrt{20} cdot sqrt{10}} = $$

$$ = frac{10}{sqrt{200}} = frac{1}{sqrt{2}} = frac{sqrt{2}}{2} $$

Теперь искомый угол $ phi $ находим по другой формуле:

$$ phi = arccos (cos phi) = arccos (cos frac{sqrt{2}}{2}) = 45^0 $$

Если не получается решить свою задачу, то присылайте её к нам. Мы предоставим подробное решение. Вы сможете ознакомиться с ходом вычисления и почерпнуть информацию. Это поможет своевременно получить зачёт у преподавателя!

Ответ
Угол между двумя векторами равен $ phi = 45^0 $
Пример 2
Найти угол $ phi $ между двумя векторами $ overline{a} = (8;-11;7) $ и $ overline{b} = (-2;-7;8) $
Решение

Подставляем координаты в формулу и вычисляем:

$$ cos phi = frac{8cdot (-2) + (-11)cdot (-7) + 7cdot 8}{sqrt{8^2+(-11)^2+7^2} cdot sqrt{(-2)^2+(-7)^2+8^2} } = $$

$$ = frac{-16+77+56}{sqrt{234} cdot sqrt{117}} = frac{117}{sqrt{234} cdot sqrt{117}} = $$

$$ = frac{sqrt{117}}{sqrt{234}} = frac{1}{sqrt{2}} = frac{sqrt{2}}{2} $$

Далее находим сам угол $ phi $ с помощью арккосинуса:

$$ phi = arccos frac{sqrt{2}}{2} = 45^0 $$

Ответ
Угол $ phi = 45^0 $

Два вектора

a→

и

b→

 всегда образуют угол.

Угол между векторами может принимать значения от

до

180°

включительно.

Если векторы не параллельны, то их можно расположить на пересекающихся прямых.

Векторы могут образовать:

1. острый угол;

Lenkis_vekt4.png

2. тупой угол;

Lenkis_vekt5.png

3. прямой угол (векторы перпендикулярны).

Lenkis_vekt2.png

Если векторы расположены на параллельных прямых, то они могут образовать:

4. угол величиной

 (векторы сонаправлены);

Lenkis_vekt1.png

5. угол величиной

180°

 (векторы противоположно направлены).

Lenkis_vekt3.png

Если один из векторов или оба вектора нулевые, то угол между ними будет равен

.

Угол между векторами записывают так:

Скалярное произведение векторов

Скалярным произведением двух векторов называется число, равное произведению длин этих векторов на косинус угла между ними:

a→⋅b→=a→⋅b→⋅cosa→b→ˆ

.

Результат скалярного произведения векторов является числом (в отличие от результата рассмотренных ранее действий с векторами — сложения, вычитания и умножения на число. В таких случаях результатом был вектор). При умножении вектора на вектор получается число, так как длины векторов — это числа, косинус угла — число — соответственно, их произведение также будет являться числом.

1. Если угол между векторами острый, то скалярное произведение будет положительным числом (так как косинус острого угла — положительное число). 

Если векторы сонаправлены, то угол между ними будет равен

, а косинус равен (1), скалярное произведение также будет положительным.

2. Если угол между векторами тупой, то скалярное произведение будет отрицательным (так как косинус тупого угла — отрицательное число). 

Если векторы направлены противоположно, то угол между ними будет равен

180°

. Скалярное произведение также отрицательно, так как косинус этого угла равен (-1).

Справедливы и обратные утверждения:

1. Если скалярное произведение векторов — положительное число, то угол между данными векторами острый.

2. Если скалярное произведение векторов — отрицательное число, то угол между данными векторами тупой.

Особенный третий случай!

Обрати внимание!

3. Если угол между векторами прямой, то скалярное произведение векторов равно нулю, так как косинус прямого угла равен (0).

Обратное суждение: если скалярное произведение векторов равно нулю, то эти векторы перпендикулярны.

Вектор, умноженный на самого себя, будет числом, которое называется скалярным квадратом вектора. Скалярный квадрат вектора  равен квадрату длины данного вектора и обозначается как 

a→2

.

Свойства скалярного произведения

Для любых векторов и любого числа справедливы следующие свойства:

1.

a→2≥0

, к тому же

a→2>0

, если

a→≠0→

.

2. Переместительный, или коммутативный, закон скалярного произведения:

a→⋅b→=b→⋅a→

.

3. Распределительный, или дистрибутивный, закон скалярного произведения:

a→+b→⋅c→=a→⋅c→+b→⋅c→

.

4. Сочетательный, или ассоциативный, закон скалярного произведения:

k⋅a→⋅b→=k⋅a→⋅b→

.

Использование скалярного произведения

Удобно использовать скалярное произведение векторов для определения углов между прямыми и между прямой и плоскостью.

Угол между прямыми

Ознакомимся с ещё одним определением.

Вектор называют направляющим вектором прямой, если он находится на прямой или параллелен этой прямой.

Taisne_vektors.png

Чтобы определить косинус угла между прямыми, надо определить косинус угла между направляющими векторами этих прямых, то есть найти векторы, параллельные прямым, и определить косинус угла между векторами.

Для этого необходимо рассмотреть определение скалярного произведения, если векторы даны в координатной системе.

Если

a→x1;y1;z1

,

b→x2;y2;z2

, то

a→⋅b→=x1⋅x2+y1⋅y2+z1⋅z2

.

Прежде была рассмотрена формула определения длины вектора в координатной форме.

Теперь, объединив эти формулы, получим формулу для определения косинуса угла между векторами в координатной форме. Так как из формулы скалярного произведения следует, что

cosα=a→⋅b→a→⋅b→

, то

cosα=x1⋅x2+y1⋅y2+z1⋅z2x12+y12+z12 ⋅x22+y22+z22

.

Угол между прямой и плоскостью

Введём понятие о нормальном векторе плоскости.

Нормальный вектор плоскости — это любой ненулевой вектор, лежащий на прямой, перпендикулярной к данной плоскости.

Plakne_vektors.png

Используя следующий рисунок, легко доказать, что косинус угла

β

между нормальным вектором

n→

 данной плоскости и неким вектором

b→

 равен синусу угла

α

между прямой и плоскостью, так как

α

и

β

 вместе образуют угол в

90°

.

Plakne_vektors_lenkis.png

При нахождении косинуса угла между

n→

и

b→

можно использовать это число как синус угла между прямой, на которой лежит вектор

b→

, и плоскостью.

Автор статьи

Марина Николаевна Ковальчук

Эксперт по предмету «Геометрия»

Задать вопрос автору статьи

Угол между векторами

Для того, чтобы мы могли ввести формулу для вычисления угла между векторами через координаты, нужно сначала разобраться с самим понятием угла между этими векторами.

Определение 1

Пусть нам даны два вектора $overline{α}$ и $overline{β}$. Возьмем в пространстве какую-либо точку $O$ и отложим от нее векторы $overline{α}=overline{OA}$ и $overline{β}=overline{OB}$, тогда угол $AOB$ будет носить название угол между двумя векторами. (рис. 1).

Угол между векторами. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 1. Угол между векторами. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Профессия «Аналитик данных»

Научись работать с метриками продукта и маркетинга, проводить сбор данных, применять знания статистики для анализа

Выбрать занятия

Причем мы будем считать, что если векторы $overline{α}$ и $overline{β}$ будут сонаправленными, или один или оба из них будет нулевым вектором, то угол между этими векторами будет равняться $0^circ$.

Обозначение: $∠(overline{α},overline{β})$

Нахождение угла между векторами в пространстве с помощью скалярного произведения

Вспомним сначала, что называется скалярным произведением и каким образом его можно находить.

Определение 2

Скалярным произведением двух векторов будем называть такой скаляр (или число), который равняется произведению длин двух этих векторов с косинусом угла между данными векторами.

Математически это может выглядеть следующим образом:

$overline{δ}overline{β}=|overline{δ}||overline{β}|cos∠(overline{δ},overline{β})$

Также, помимо того, как из самого определения 1, для нахождения скалярного произведения можно пользоваться следующей теоремой.

Теорема 1

Скалярное произведение двух данных векторов $overline{δ}$ и $overline{β}$ с координатами $(δ_1,β_1,γ_1)$ и $(δ_2,β_2,γ_2)$, равняется сумме произведений их соответствующих координат.

Математически выглядит следующим образом

$overline{δ}cdot overline{β}=δ_1 δ_2+β_1 β_2+γ_1 γ_2$

«Как найти угол между векторами» 👇

Обозначение: $overline{δ}cdot overline{β}$.

С помощью скалярного произведения мы можем найти косинус угла между векторами. Пусть нам даны векторы $overline{δ}$ и $overline{β}$ с координатами $(δ_1,β_1,γ_1)$ и $(δ_2,β_2,γ_2)$, соответственно. Из определения 2 получим, что

$cos∠(overline{δ},overline{β})=frac{overline{δ}cdot overline{β}}{|overline{δ}||overline{β}|}$

Из теоремы 1 мы знаем, что $overline{δ}cdot overline{β}=δ_1 δ_2+β_1 β_2+γ_1 γ_2$, следовательно

$cos∠(overline{δ},overline{β})=frac{δ_1 δ_2+β_1 β_2+γ_1 γ_2}{|overline{δ}||overline{β}|}$

Расписывая по формуле длины вектора значения $|overline{δ}|$ и $|overline{β}|$, окончательно получим

$cos∠(overline{δ},overline{β})=frac{δ_1 δ_2+β_1 β_2+γ_1 γ_2}{sqrt{δ_1^2+β_1^2+γ_1^2 } sqrt{δ_2^2+β_2^2+γ_2^2}}$

Найдя значение косинуса, мы легко найдем и значение самого угла.

Пример 1

Найти косинус угла между векторами $overline{δ}$ и $overline{β}$, имеющими координаты $(1,-2,2)$ и $(3,0,4)$, соответственно.

Решение.

Найдем скалярное произведение между данными векторами через координаты:

$overline{δ}cdot overline{β}=1cdot 3+(-2)cdot 0+2cdot 4=11$

Найдем длины этих векторов:

$|overline{δ}|=sqrt{1^2+(-2)^2+2^2}=sqrt{9}=3$

$|overline{β}|=sqrt{3^2+0^2+4^2}=sqrt{25}=5$

В результате, получим

$cos⁡∠(overline{δ},overline{β})=frac{11}{3cdot 5}=frac{11}{15}$

Ответ: $frac{11}{15}$.

Нахождение угла между векторами с помощью векторного произведения

Вспомним сначала, определение векторного произведения и каким образом его можно находить.

Определение 3

Векторным произведением двух векторов называется такой вектор, который будет перпендикулярен обоим данным векторам, и его длина равна произведению длин этих векторов с синусом угла между данными векторами, а также этот вектор с двумя начальными имеют ту же ориентацию, как и декартова система координат.

Обозначение: $overline{δ}хoverline{β}$.

Математически это выглядит следующим образом:

  1. $|overline{δ}хoverline{β}|=|overline{δ}||overline{β}|sin⁡∠(overline{δ},overline{β})$
  2. $overline{δ}хoverline{β}⊥overline{δ}$, $overline{δ}хoverline{β}⊥overline{β}$
  3. $(overline{δ}хoverline{β},overline{δ},overline{β})$ и $(overline{i},overline{j},overline{k})$ одинаково ориентированы (рис. 2)

Векторное произведение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 2. Векторное произведение. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Для нахождения вектора векторного произведения можно пользоваться следующей формулой:

$overline{δ}хoverline{β}=begin{vmatrix}overline{i}&overline{j}&overline{k}\δ_1&δ_2&δ_3\β_1&β_2&β_3end{vmatrix}$

С помощью векторного произведения мы можем найти синус угла между данными векторами. Пусть нам даны векторы $overline{δ}$ и $overline{β}$ с координатами $(δ_1,δ_2,δ_3)$ и $(β_1,β_2,β_3)$, соответственно. Из определения 3 получим, что

${sin angle left(overrightarrow{delta },overrightarrow{beta }right) }=frac{left|overrightarrow{delta }хoverrightarrow{beta }right|}{left|overrightarrow{delta }right||overrightarrow{beta }|}$

Найдем вектор векторного произведения по формуле:

$overline{δ}хoverline{β}=begin{vmatrix}overline{i}&overline{j}&overline{k}\δ_1&δ_2&δ_3\β_1&β_2&β_3end{vmatrix}=(δ_2 β_3-δ_3 β_2,δ_3 β_1-δ_1 β_3,δ_1 β_2-δ_2 β_1)$

Расписывая по формуле длины вектора значения $|overline{δ}|$, $|overline{β}|$ и $|overline{δ}хoverline{β}|$, окончательно получим

$sin∠(overline{δ},overline{β})=frac{sqrt{(δ_2 β_3-δ_3 β_2)^2+(δ_3 β_1-δ_1 β_3)^2+(δ_1 β_2-δ_2 β_1)^2}}{sqrt{δ_1^2+δ_2^2+δ_3^2}sqrt{β_1^2+β_2^2+β_3^2}}$

Найдя значение синуса, мы легко найдем и значение самого угла между векторами через координаты через формулу.

Пример 2

Найти синус угла между векторами $overline{δ}$ и $overline{β}$, имеющими координаты $(1,-2,2)$ и $(3,0,4)$, соответственно.

Решение.

Найдем вектор векторного произведения между данными векторами по формуле:

$overline{δ}хoverline{β}=begin{vmatrix}overline{i}&overline{j}&overline{k}\1&-2&2\3&0&4end{vmatrix}=-8overline{i}+2overline{j}+6overline{k}=(-8,1,6)$

Найдем длины этих векторов:

$|overline{δ}хoverline{β}|=sqrt{(-8)^2+2^2+6^2}=sqrt{104}=2sqrt{26}$

$|overline{δ}|=sqrt{1^2+(-2)^2+2^2}=sqrt{9}=3$

$|overline{β}|=sqrt{3^2+0^2+4^2}=sqrt{25}=5$

В результате, получим

$sin∠(overline{δ},overline{β})=frac{2sqrt{26}}{3cdot 5}=frac{2sqrt{26}}{15}$

Ответ: $frac{2sqrt{26}}{15}$.

Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу

Поиск по теме

Определение. Углом между двумя векторами, отложенными от одной точки, называется кратчайший угол, на который нужно повернуть один из векторов вокруг своего начала до положения сонаправленности с другим вектором.

Примеры задач на вычисление угла между векторами

Примеры вычисления угла между векторами для плоских задачи

Пример 1. Найти угол между векторами a = {3; 4} и b = {4; 3}.

Решение: Найдем скалярное произведение векторов:

a·b = 3 · 4 + 4 · 3 = 12 + 12 = 24.

Найдем модули векторов:

|a| = √32 + 42 = √9 + 16 = √25 = 5
|b| = √42 + 32 = √16 + 9 = √25 = 5

Найдем угол между векторами:

cos α a · b  =  24  =  24  = 0.96
|a| · |b| 5 · 5 25

Пример 2. Найти угол между векторами a = {7; 1} и b = {5; 5}.

Решение: Найдем скалярное произведение векторов:

a·b = 5 · 7 + 1 · 5 = 35 + 5 = 40.

Найдем модули векторов:

|a| = √72 + 12 = √49 + 1 = √50 = 5√2
|b| = √52 + 52 = √25 + 25 = √50 = 5√2

Найдем угол между векторами:

cos α a · b  =  40  =  40  =  4  = 0.8
|a| · |b| 5√2 · 5√2 50 5

Примеры вычисления угла между векторами для пространственных задач

Пример 3. Найти угол между векторами a = {3; 4; 0} и b = {4; 4; 2}.

Решение: Найдем скалярное произведение векторов:

a·b = 3 · 4 + 4 · 4 + 0 · 2 = 12 + 16 + 0 = 28.

Найдем модули векторов:

|a| = √32 + 42 + 02 = √9 + 16 = √25 = 5
|b| = √42 + 42 + 22 = √16 + 16 + 4 = √36 = 6

Найдем угол между векторами:

cos α a · b  =  28  =  14
|a| · |b| 5 · 6 15

Пример 4. Найти угол между векторами a = {1; 0; 3} и b = {5; 5; 0}.

Решение: Найдем скалярное произведение векторов:

a·b = 1 · 5 + 0 · 5 + 3 · 0 = 5.

Найдем модули векторов:

|a| = √12 + 02 + 32 = √1 + 9 = √10
|b| = √52 + 52 + 02 = √25 + 25 = √50 = 5√2

Найдем угол между векторами:

cos α =

a · b|a| · |b|

=

5√10 · 5√2

=

12√5

=

510

= 0.1√5

In mathematics, a vector is any object that has a definable length, known as magnitude, and direction. Since vectors are not the same as standard lines or shapes, you’ll need to use some special formulas to find angles between them.

  1. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 2

    1

    Write down the cosine formula. To find the angle θ between two vectors, start with the formula for finding that angle’s cosine. You can learn about this formula below, or just write it down:[1]

  2. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 1

    2

    Identify the vectors. Write down all the information you have concerning the two vectors. We’ll assume you only have the vector’s definition in terms of its dimensional coordinates (also called components). If you already know a vector’s length (its magnitude), you’ll be able to skip some of the steps below.

    Advertisement

  3. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 3

    3

    Calculate the length of each vector. Picture a right triangle drawn from the vector’s x-component, its y-component, and the vector itself. The vector forms the hypotenuse of the triangle, so to find its length we use the Pythagorean theorem. As it turns out, this formula is easily extended to vectors with any number of components.

  4. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 4

    4

    Calculate the dot product of the two vectors. You have probably already learned this method of multiplying vectors, also called the scalar product.[2]

    To calculate the dot product in terms of the vectors’ components, multiply the components in each direction together, then add all the results.

    For computer graphics programs, see Tips before you continue.

    Finding Dot Product Example
    In mathematical terms, {overrightarrow  {u}}{overrightarrow  {v}} = u1v1 + u2v2, where u = (u1, u2). If your vector has more than two components, simply continue to add + u3v3 + u4v4
    In our example, {overrightarrow  {u}}{overrightarrow  {v}} = u1v1 + u2v2 = (2)(0) + (2)(3) = 0 + 6 = 6. This is the dot product of vector {overrightarrow  {u}} and {overrightarrow  {v}}.

  5. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 5

    5

    Plug your results into the formula. Remember,

    cosθ = ({overrightarrow  {u}}{overrightarrow  {v}}) / (||{overrightarrow  {u}}|| ||{overrightarrow  {v}} ||).

    Now you know both the dot product and the lengths of each vector. Enter these into this formula to calculate the cosine of the angle.

    Finding Cosine with Dot Product and Vector Lengths
    In our example, cosθ = 6 / (2√2

    3) = 1 / √2 = √2 / 2.

  6. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 6

    6

    Find the angle based on the cosine. You can use the arccos or cos-1 function on your calculator to

    find the angle θ from a known cos θ value.

    For some results, you may be able to work out the angle based on the unit circle.

    Finding an Angle with Cosine
    In our example, cosθ = √2 / 2. Enter «arccos(√2 / 2)» in your calculator to get the angle. Alternatively, find the angle θ on the unit circle where cosθ = √2 / 2. This is true for θ = π/4 or 45º.
    Putting it all together, the final formula is:
    angle θ = arccosine(({overrightarrow  {u}}{overrightarrow  {v}}) / (||{overrightarrow  {u}}|| ||{overrightarrow  {v}}||))

  7. Advertisement

  1. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 7

    1

    Understand the purpose of this formula. This formula was not derived from existing rules. Instead, it was created as a definition of two vectors’ dot product and the angle between them. However, this decision was not arbitrary. With a look back to basic geometry, we can see why this formula results in intuitive and useful definitions.

    • The examples below use two-dimensional vectors because these are the most intuitive to use. Vectors with three or more components have properties defined with the very similar, general case formula.
  2. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 8

    2

    Review the Law of Cosines. Take an ordinary triangle, with angle θ between sides a and b, and opposite side c. The Law of Cosines states that c2 = a2 + b2 -2abcos(θ). This is derived fairly easily from basic geometry.

  3. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 9

    3

    Connect two vectors to form a triangle. Sketch a pair of 2D vectors on paper, vectors {overrightarrow  {a}} and {overrightarrow  {b}}, with angle θ between them. Draw a third vector between them to make a triangle. In other words, draw vector {overrightarrow  {c}} such that {overrightarrow  {b}} + {overrightarrow  {c}} = {overrightarrow  {a}}. This vector {overrightarrow  {c}} = {overrightarrow  {a}}{overrightarrow  {b}}.[3]

  4. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 10

    4

    Write the Law of Cosines for this triangle. Insert the length of our «vector triangle» sides into the Law of Cosines:

    • ||(a — b)||2 = ||a||2 + ||b||2 — 2||a|| ||b||cos(θ)
  5. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 11

    5

    Write this using dot products. Remember, a dot product is the magnification of one vector projected onto another. A vector’s dot product with itself doesn’t require any projection, since there is no difference in direction.[4]
    This means that {overrightarrow  {a}}{overrightarrow  {a}} = ||a||2. Use this fact to rewrite the equation:

  6. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 12

    6

    Rewrite it into the familiar formula. Expand the left side of the formula, then simplify to reach the formula used to find angles.

  7. Advertisement

Add New Question

  • Question

    If |A + B| = |A| + |B|, then what is the angle between A and B?

    Community Answer

    Think of the geometric representation of a vector sum. When two vectors are summed they create a new vector by placing the start point of one vector at the end point of the other (write the two vectors on paper). Now, imagine if vectors A and B both where horizontal and added. They would create a vector with the length of their two lengths added! Hence the solution is zero degrees.

  • Question

    How do I find the angle between two vectors if they have the same magnitude?

    Community Answer

    It depends on their direction. You can’t call them vectors without defining their direction.

  • Question

    Can you help me solve this problem? «Position vector of the point P and Q relative to the origin O are 2i and 3i+4j respectively. Find the angles between vector OP and OQ.»

    Community Answer

    An easier way to find the angle between two vectors is the dot product formula(A.B=|A|x|B|xcos(X)) let vector A be 2i and vector be 3i+4j. As per your question, X is the angle between vectors so:
    A.B = |A|x|B|x cos(X) = 2i.(3i+4j) = 3×2 =6
    |A|x|B|=|2i|x|3i+4j| = 2 x 5 = 10
    X = cos-1(A.B/|A|x|B|)
    X = cos-1(6/10) = 53.13 deg
    The angle can be 53.13 or 360-53.13 = 306.87.

See more answers

Ask a Question

200 characters left

Include your email address to get a message when this question is answered.

Submit

Advertisement

Video

  • If you are working on a computer graphics program, you most likely only care about the direction of the vectors, not their length. Take these steps to simplify the equations and speed up your program:[5]
    [6]

  • For a quick plug and solve, use this formula for any pair of two-dimensional vectors: cosθ = (u1 • v1 + u2 • v2) / (√(u12 • u22) • √(v12 • v22)).

Thanks for submitting a tip for review!

Advertisement

About This Article

Article SummaryX

1. Calculate the length of each vector.
2. Calculate the dot product of the 2 vectors.
3. Calculate the angle between the 2 vectors with the cosine formula.
4. Use your calculator’s arccos or cos^-1 to find the angle. For specific formulas and example problems, keep reading below!

Did this summary help you?

Thanks to all authors for creating a page that has been read 2,693,489 times.

Did this article help you?

In mathematics, a vector is any object that has a definable length, known as magnitude, and direction. Since vectors are not the same as standard lines or shapes, you’ll need to use some special formulas to find angles between them.

  1. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 2

    1

    Write down the cosine formula. To find the angle θ between two vectors, start with the formula for finding that angle’s cosine. You can learn about this formula below, or just write it down:[1]

  2. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 1

    2

    Identify the vectors. Write down all the information you have concerning the two vectors. We’ll assume you only have the vector’s definition in terms of its dimensional coordinates (also called components). If you already know a vector’s length (its magnitude), you’ll be able to skip some of the steps below.

    Advertisement

  3. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 3

    3

    Calculate the length of each vector. Picture a right triangle drawn from the vector’s x-component, its y-component, and the vector itself. The vector forms the hypotenuse of the triangle, so to find its length we use the Pythagorean theorem. As it turns out, this formula is easily extended to vectors with any number of components.

  4. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 4

    4

    Calculate the dot product of the two vectors. You have probably already learned this method of multiplying vectors, also called the scalar product.[2]

    To calculate the dot product in terms of the vectors’ components, multiply the components in each direction together, then add all the results.

    For computer graphics programs, see Tips before you continue.

    Finding Dot Product Example
    In mathematical terms, {overrightarrow  {u}}{overrightarrow  {v}} = u1v1 + u2v2, where u = (u1, u2). If your vector has more than two components, simply continue to add + u3v3 + u4v4
    In our example, {overrightarrow  {u}}{overrightarrow  {v}} = u1v1 + u2v2 = (2)(0) + (2)(3) = 0 + 6 = 6. This is the dot product of vector {overrightarrow  {u}} and {overrightarrow  {v}}.

  5. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 5

    5

    Plug your results into the formula. Remember,

    cosθ = ({overrightarrow  {u}}{overrightarrow  {v}}) / (||{overrightarrow  {u}}|| ||{overrightarrow  {v}} ||).

    Now you know both the dot product and the lengths of each vector. Enter these into this formula to calculate the cosine of the angle.

    Finding Cosine with Dot Product and Vector Lengths
    In our example, cosθ = 6 / (2√2

    3) = 1 / √2 = √2 / 2.

  6. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 6

    6

    Find the angle based on the cosine. You can use the arccos or cos-1 function on your calculator to

    find the angle θ from a known cos θ value.

    For some results, you may be able to work out the angle based on the unit circle.

    Finding an Angle with Cosine
    In our example, cosθ = √2 / 2. Enter «arccos(√2 / 2)» in your calculator to get the angle. Alternatively, find the angle θ on the unit circle where cosθ = √2 / 2. This is true for θ = π/4 or 45º.
    Putting it all together, the final formula is:
    angle θ = arccosine(({overrightarrow  {u}}{overrightarrow  {v}}) / (||{overrightarrow  {u}}|| ||{overrightarrow  {v}}||))

  7. Advertisement

  1. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 7

    1

    Understand the purpose of this formula. This formula was not derived from existing rules. Instead, it was created as a definition of two vectors’ dot product and the angle between them. However, this decision was not arbitrary. With a look back to basic geometry, we can see why this formula results in intuitive and useful definitions.

    • The examples below use two-dimensional vectors because these are the most intuitive to use. Vectors with three or more components have properties defined with the very similar, general case formula.
  2. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 8

    2

    Review the Law of Cosines. Take an ordinary triangle, with angle θ between sides a and b, and opposite side c. The Law of Cosines states that c2 = a2 + b2 -2abcos(θ). This is derived fairly easily from basic geometry.

  3. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 9

    3

    Connect two vectors to form a triangle. Sketch a pair of 2D vectors on paper, vectors {overrightarrow  {a}} and {overrightarrow  {b}}, with angle θ between them. Draw a third vector between them to make a triangle. In other words, draw vector {overrightarrow  {c}} such that {overrightarrow  {b}} + {overrightarrow  {c}} = {overrightarrow  {a}}. This vector {overrightarrow  {c}} = {overrightarrow  {a}}{overrightarrow  {b}}.[3]

  4. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 10

    4

    Write the Law of Cosines for this triangle. Insert the length of our «vector triangle» sides into the Law of Cosines:

    • ||(a — b)||2 = ||a||2 + ||b||2 — 2||a|| ||b||cos(θ)
  5. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 11

    5

    Write this using dot products. Remember, a dot product is the magnification of one vector projected onto another. A vector’s dot product with itself doesn’t require any projection, since there is no difference in direction.[4]
    This means that {overrightarrow  {a}}{overrightarrow  {a}} = ||a||2. Use this fact to rewrite the equation:

  6. Image titled Find the Angle Between Two Vectors Step 12

    6

    Rewrite it into the familiar formula. Expand the left side of the formula, then simplify to reach the formula used to find angles.

  7. Advertisement

Add New Question

  • Question

    If |A + B| = |A| + |B|, then what is the angle between A and B?

    Community Answer

    Think of the geometric representation of a vector sum. When two vectors are summed they create a new vector by placing the start point of one vector at the end point of the other (write the two vectors on paper). Now, imagine if vectors A and B both where horizontal and added. They would create a vector with the length of their two lengths added! Hence the solution is zero degrees.

  • Question

    How do I find the angle between two vectors if they have the same magnitude?

    Community Answer

    It depends on their direction. You can’t call them vectors without defining their direction.

  • Question

    Can you help me solve this problem? «Position vector of the point P and Q relative to the origin O are 2i and 3i+4j respectively. Find the angles between vector OP and OQ.»

    Community Answer

    An easier way to find the angle between two vectors is the dot product formula(A.B=|A|x|B|xcos(X)) let vector A be 2i and vector be 3i+4j. As per your question, X is the angle between vectors so:
    A.B = |A|x|B|x cos(X) = 2i.(3i+4j) = 3×2 =6
    |A|x|B|=|2i|x|3i+4j| = 2 x 5 = 10
    X = cos-1(A.B/|A|x|B|)
    X = cos-1(6/10) = 53.13 deg
    The angle can be 53.13 or 360-53.13 = 306.87.

See more answers

Ask a Question

200 characters left

Include your email address to get a message when this question is answered.

Submit

Advertisement

Video

  • If you are working on a computer graphics program, you most likely only care about the direction of the vectors, not their length. Take these steps to simplify the equations and speed up your program:[5]
    [6]

  • For a quick plug and solve, use this formula for any pair of two-dimensional vectors: cosθ = (u1 • v1 + u2 • v2) / (√(u12 • u22) • √(v12 • v22)).

Thanks for submitting a tip for review!

Advertisement

About This Article

Article SummaryX

1. Calculate the length of each vector.
2. Calculate the dot product of the 2 vectors.
3. Calculate the angle between the 2 vectors with the cosine formula.
4. Use your calculator’s arccos or cos^-1 to find the angle. For specific formulas and example problems, keep reading below!

Did this summary help you?

Thanks to all authors for creating a page that has been read 2,693,489 times.

Did this article help you?

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как пишется удуло
  • Как пишется удотворить
  • Как пишется удосужился не удосужился
  • Как пишется удосто нный
  • Как пишется удорожание или удоражание