向量数量积坐标公式

时间:2025-02-12 23:24:39 单机游戏

向量的数量积(也称为点积)可以通过向量的坐标来计算。如果两个向量 $\mathbf{a}$ 和 $\mathbf{b}$ 的坐标分别是 $(x_1, y_1)$ 和 $(x_2, y_2)$,那么它们的数量积 $\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}$ 可以表示为:

$$

\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = x_1 x_2 + y_1 y_2

$$

这个公式表明,两个向量的数量积等于它们对应坐标的乘积的和。

解释

向量的数量积定义:

向量的数量积是一个标量,表示两个向量在同一方向上的投影的乘积。它等于两个向量的模长相乘再乘以它们夹角的余弦值,即 $\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = |\mathbf{a}| |\mathbf{b}| \cos \theta$。

坐标表示:

假设向量 $\mathbf{a}$ 的坐标为 $(x_1, y_1)$,向量 $\mathbf{b}$ 的坐标为 $(x_2, y_2)$,则它们的数量积可以表示为:

$$

\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = x_1 x_2 + y_1 y_2

$$

这是因为向量 $\mathbf{a}$ 在向量 $\mathbf{b}$ 方向上的投影长度是 $x_1 \cos \alpha$,向量 $\mathbf{b}$ 在向量 $\mathbf{a}$ 方向上的投影长度是 $y_1 \cos \beta$,其中 $\alpha$ 和 $\beta$ 是两个向量之间的夹角。因此,数量积也可以表示为这两个投影长度的乘积:

$$

\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = (x_1 \cos \alpha) (y_1 \cos \beta) = x_1 y_1 \cos \alpha \cos \beta

$$

由于 $\cos \alpha \cos \beta = \frac{1}{2} [\cos(\alpha - \beta) + \cos(\alpha + \beta)]$,并且 $\cos(\alpha - \beta)$ 和 $\cos(\alpha + \beta)$ 在计算上比较复杂,我们通常使用坐标形式的数量积公式。

例子

假设 $\mathbf{a} = (3, 4)$,$\mathbf{b} = (1, 2)$,则它们的数量积为:

$$

\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = 3 \cdot 1 + 4 \cdot 2 = 3 + 8 = 11

$$

这个结果也可以从几何角度理解:向量 $\mathbf{a}$ 和 $\mathbf{b}$ 的长度分别是 $\sqrt{3^2 + 4^2} = 5$ 和 $\sqrt{1^2 + 2^2} = \sqrt{5}$,它们之间的夹角 $\theta$ 的余弦值可以通过 $\cos \theta = \frac{\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}}{|\mathbf{a}| |\mathbf{b}|} = \frac{11}{5 \cdot \sqrt{5}} = \frac{11}{5 \sqrt{5}}$ 来计算。

因此,向量的数量积的坐标公式是:

$$

\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = x_1 x_2 + y_1 y_2

$$