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幾何学

ドローンのベクトル射影とドリフト

ドローンが原点から方向ベクトル⟨3, 4⟩に向かって飛行しますが、風の影響で点(5, 0)に到達します。ドット積とスカラー射影を使用して、意図した経路に沿ってどれだけ移動したか、そしてどれだけコースを外れたかを求めます。

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学習リソース

このコンテンツは、Mathos AIオープンラーニングライブラリの一部です。生徒が複雑な数学の問題を視覚化し、理解するために設計されています。

Problem

A drone starts at the origin, is intended to move in the direction of 3,4\langle 3, 4 \rangle, but actually ends at P=(5,0)P = (5, 0); find how far it traveled along the intended path and how far it drifted off course.

Step 1: Compute the scalar projection onto the direction vector

Let D=3,4D = \langle 3, 4 \rangle and P=5,0P = \langle 5, 0 \rangle. The dot product is

PD=53+04=15.P \cdot D = 5 \cdot 3 + 0 \cdot 4 = 15.

The magnitude of DD is

D=32+42=5.|D| = \sqrt{3^2 + 4^2} = 5.

So the scalar projection of PP onto DD is

PDD=155=3.\dfrac{P \cdot D}{|D|} = \dfrac{15}{5} = 3.

Step 2: Find the perpendicular drift

The drone's total displacement from the origin to PP has length

P=52+02=5.|P| = \sqrt{5^2 + 0^2} = 5.

Using the Pythagorean theorem with the along-path distance 33 and the total distance 55, the drift is

5232=16=4.\sqrt{5^2 - 3^2} = \sqrt{16} = 4.

Answer

The drone traveled 33 units along its intended path and drifted 44 units off course.

概念

Dot Product and Angle Between Vectors

The dot product of two vectors produces a scalar and can be used to find the angle between them. Two vectors are perpendicular if and only if their dot product is zero. Vector projection finds the component of one vector along another.

Vector Applications

Using vectors to solve real-world problems involving forces, velocities, navigation, and displacement. Resultant vectors combine multiple forces or motions acting simultaneously.

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