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。