向量相等是指两个向量的模长(长度)和方向相同。在数学中,我们可以使用三角不等式来证明这个性质。
设向量$vec{a}$和$vec{b}$是两个非零向量,它们的长度分别为$|vec{a}|$和$|vec{b}|$,且$vec{a}$和$vec{b}$的方向相同。那么根据三角形不等式,有:
$vec{a}cdotvec{b} geq 0$
这是因为当$vec{a}$和$vec{b}$同向时,它们的点积(内积)是非负的;当$vec{a}$和$vec{b}$反向时,它们的点积是负的。因此,对于任何非零向量,其与自身的点积都是非负的,即:
$|vec{a}|^2 + |vec{b}|^2 geq 0$
由于$|vec{a}|^2 + |vec{b}|^2$总是大于等于0,所以向量$vec{a}$和$vec{b}$的长度之和也一定大于等于0。这就证明了向量$vec{a}$和$vec{b}$的长度之和(或称为模长之和)是恒正的,即:
$|vec{a}| + |vec{b}| geq 0$
现在,我们考虑向量$vec{a}$和$vec{b}$的点积。如果这两个向量相等,即$vec{a} = vec{b}$,那么根据向量的性质,我们有:
$vec{a}cdotvec{b} = |vec{a}||vec{b}|costheta = |vec{b}||vec{a}|costheta$
其中$theta$是$vec{a}$和$vec{b}$之间的夹角。由于这两个向量相等,它们的模长相等,即$|vec{a}| = |vec{b}|$。因此,我们可以将上述等式中的$|vec{a}|$替换为$|vec{b}|$,得到:
$vec{a}cdotvec{b} = |vec{b}||vec{a}|costheta = |vec{b}|^{2}costheta$
由于$costheta$是一个非负值,这意味着$vec{a}cdotvec{b}$的值也一定是非负的,即:
$vec{a}cdotvec{b} geq 0$
这就证明了向量$vec{a}$和$vec{b}$的点积也是恒正的,即:
$vec{a}cdotvec{b} = |vec{b}||vec{a}|costheta geq 0$
综上所述,向量$vec{a}$和$vec{b}$相等的条件是:它们的模长之和(或称为模长之和)是恒正的,且它们的点积也是恒正的。这就是向量相等的数学原理。