向量的向量积运算法则

时间:2025-02-15 14:57:02 单机游戏

向量的向量积(也称为外积或叉积)运算法则如下:

定义

向量积是一个在向量空间中定义的二元运算,结果是一个向量而不是一个标量。

向量积通常表示为 \( \mathbf{a} \times \mathbf{b} \) 或 \( \mathbf{a} \wedge \mathbf{b} \)。

计算公式

对于三维向量 \( \mathbf{a} = (a_x, a_y, a_z) \) 和 \( \mathbf{b} = (b_x, b_y, b_z) \),向量积的计算公式为:

\[

\mathbf{a} \times \mathbf{b} = \left( a_yb_z - a_zb_y, a_zb_x - a_xb_z, a_xb_y - a_yb_x \right)

\]

对于二维向量 \( \mathbf{a} = (a_x, a_y) \) 和 \( \mathbf{b} = (b_x, b_y) \),向量积的计算公式为:

\[

\mathbf{a} \times \mathbf{b} = a_xb_y - a_yb_x

\]

性质

反交换律: \( \mathbf{a} \times \mathbf{b} = -\mathbf{b} \times \mathbf{a} \)

分配律

\[

\mathbf{a} \times (\mathbf{b} + \mathbf{c}) = \mathbf{a} \times \mathbf{b} + \mathbf{a} \times \mathbf{c}

\]

\[

(\mathbf{a} + \mathbf{b}) \times \mathbf{c} = \mathbf{a} \times \mathbf{c} + \mathbf{b} \times \mathbf{c}

\]

零向量: \( \mathbf{a} \times \mathbf{a} = \mathbf{0} \)

平行向量:如果 \( \mathbf{a} \) 平行于 \( \mathbf{b} \),则 \( \mathbf{a} \times \mathbf{b} = \mathbf{0} \)

长度: \( \left| \mathbf{a} \times \mathbf{b} \right| \) 等于以 \( \mathbf{a} \) 和 \( \mathbf{b} \) 为边的平行四边形的面积。

方向:向量积的方向垂直于 \( \mathbf{a} \) 和 \( \mathbf{b} \) 所在的平面,并遵守右手定则。

几何意义

向量积的模等于以 \( \mathbf{a} \) 和 \( \mathbf{b} \) 为邻边所构成的平行四边形的面积。

向量积的方向由右手定则确定,即伸出右手,四指从 \( \mathbf{a} \) 方向指向 \( \mathbf{b} \) 方向,拇指指向的方向即为向量积的方向。

这些法则构成了向量积的基本理论框架,广泛应用于物理学、工程学、计算机科学等领域。