向量数量积的运算律

时间:2025-02-15 18:34:17 单机游戏

向量的数量积(也称为点积)满足以下运算律:

交换律

$\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = \mathbf{b} \cdot \mathbf{a}$

证明:设 $\mathbf{a} = (a_1, a_2, \ldots, a_n)$ 和 $\mathbf{b} = (b_1, b_2, \ldots, b_n)$,则 $\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = a_1 b_1 + a_2 b_2 + \ldots + a_n b_n$,同理 $\mathbf{b} \cdot \mathbf{a} = b_1 a_1 + b_2 a_2 + \ldots + b_n a_n$,所以 $\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = \mathbf{b} \cdot \mathbf{a}$。

数乘结合律

$\lambda (\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}) = (\lambda \mathbf{a}) \cdot \mathbf{b} = \mathbf{a} \cdot (\lambda \mathbf{b})$

证明:设 $\mathbf{a} = (a_1, a_2, \ldots, a_n)$,$\mathbf{b} = (b_1, b_2, \ldots, b_n)$,$\lambda$ 为实数,则 $\lambda (\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}) = \lambda (a_1 b_1 + a_2 b_2 + \ldots + a_n b_n)$,$(\lambda \mathbf{a}) \cdot \mathbf{b} = (\lambda a_1, \lambda a_2, \ldots, \lambda a_n) \cdot (b_1, b_2, \ldots, b_n) = \lambda a_1 b_1 + \lambda a_2 b_2 + \ldots + \lambda a_n b_n$,$\mathbf{a} \cdot (\lambda \mathbf{b}) = (a_1, a_2, \ldots, a_n) \cdot (\lambda b_1, \lambda b_2, \ldots, \lambda b_n) = \lambda a_1 b_1 + \lambda a_2 b_2 + \ldots + \lambda a_n b_n$,所以 $\lambda (\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}) = (\lambda \mathbf{a}) \cdot \mathbf{b} = \mathbf{a} \cdot (\lambda \mathbf{b})$。

分配律

$(\mathbf{a} + \mathbf{b}) \cdot \mathbf{c} = \mathbf{a} \cdot \mathbf{c} + \mathbf{b} \cdot \mathbf{c}$

证明:设 $\mathbf{a} = (a_1, a_2, \ldots, a_n)$,$\mathbf{b} = (b_1, b_2, \ldots, b_n)$,$\mathbf{c} = (c_1, c_2, \ldots, c_n)$,则 $(\mathbf{a} + \mathbf{b}) \cdot \mathbf{c} = (a_1 + b_1) c_1 + (a_2 + b_2) c_2 + \ldots + (a_n + b_n) c_n$,$\mathbf{a} \cdot \mathbf{c} + \mathbf{b} \cdot \mathbf{c} = (a_1 c_1 + a_2 c_2 + \ldots + a_n c_n) + (b_1 c_1 + b_2 c_2 + \ldots + b_n c_n) = (a_1 + b_1) c_1 + (a_2 + b_2) c_2 + \ldots + (a_n + b_n) c_n$,所以 $(\mathbf{a} + \mathbf{b}) \cdot \mathbf{c} = \mathbf{a} \cdot \mathbf{c} + \mathbf{b} \cdot \mathbf{c}$。

这些运算律是向量数量积的基本性质,可以用于简化和推导向量的数量积表达式。