“外積の大きさ” ⇒ なにか違和感が…

空間ベクトルa,bに対して,外積:×とは次の性質をもつベクトルのことです.①,と垂直,②×の大きさ(長さ)は,のなす平行四辺形の面積を表す

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■ 外積をイメージしようとするとき,①はともかく,②で戸惑うヒトおりませんか? 

■ 定義|×|=||||sinθ で,右辺は図の平行四辺形の面積を示しています.ただ,ベクトルの長さOP=面積 とは??という(一瞬抱く)違和感です.

■ 面積や長さ,時間等々の量を数量化したものをスカラーといいます.難しそうな言い方ですが,向きのない量という意味で,普通の実数としてよいでしょう.

y軸でスカラーの大きさを視覚化

■ 図は都道府県の面積を示した棒グラフです.数学の視点でいえば,面積というスカラーを棒の長さ(これもスカラー)に比例対応させることで,各都道府県の広さの違いが一目瞭然となっています.

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■ 例えば,岩手県の面積は約15,000km²で,その値をy軸方向の長さ(高さ)で示しています.

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■ 小学校の社会や理科の教科書を開くと,多くのページでカラフルなグラフが目に入ります.一般社会でも人口や各種経済指標,温度変化等々の理解・解説にはグラフが不可欠です. 

⇒ 外積×のルール「向き:,の張る平行四辺形と垂直,長さ:,の張る平行四辺形の面積」と本質的には同じ

外積 a×b の向き&尺度

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■ 外積a×bについて

(1) 向き

からへ向かう角をθとするとき,外積の向きは,右ねじが進む向きに一致します(定義).

(2) 尺度

通常のグラフではy軸の1目盛りの長さは扱う対象により適宜尺度を変えます(例:都道府県の面積では90,000km²を上限にして目盛りを付けている).

ところが外積の場合,,b, a×bとも同一3次元空間のベクトルであるので,a×bの向きだけ尺度を変えることは不可能です.

つまり,外積を図示しようとする場合,1辺1の立方体(内部含む)を無数に集めた空間におけるベクトルとなります.

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<補足>

■ 内積,外積とも「天下り式」の定義から進みますので,何かと抵抗感は強いモノがあります.小学校社会科教科書を例に挙げましたが,数学のリーダーは「他教科の活用」にも目を光らせたいものです.

■ 次回テーマは「出題の工夫」(予定)です.「テストから授業カイゼンを図る」は昨今の学テや共通テストをみて感じますね.

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