數學-向量運算

1、外積(差乘)

定義:向量ab的外積a×b是一個向量,其長度等於|a×b| = |a||b|sin∠(a,b),其方向正交於ab。並且,(a,b,a×b)構成右手系。
特別地,0×a = a×0 = 0.此外,對任意向量aa×a=0

P=(x1,y1)    Q=(x2,y2)

PxQ = x1y2-x2y1

例子:a=(1,2,0)  b=(3,40) i=(1,0,0) j=(0,1,0) k=(0,0,1)

axb = \begin{vmatrix} i & j&k \\ 1& 2 &0 \\ 3& 4 &0 \end{vmatrix}=(2*0-0*4)i-(1*0-0*3)j+(1*4-2*3)k=(0,0,-2)

幾何意義:

在三維幾何中,向量a和向量b的外積結果是一個向量,有個更通俗易懂的叫法是法向量,該向量垂直於a和b向量構成的平面。

在二維空間中,外積還有另外一個幾何意義就是:|a×b|在數值上等於由向量a和向量b構成的平行四邊形的面積。

若P×Q > 0 , 則P在Q的順時針方向;

若P×Q < 0 , 則P在Q的逆時針方向;

若P×Q = 0 , P與Q共線,可能是同向也可能是反向;

性質:

a × b = -b × a. (反稱性)

a + μb) × c = λ(a ×c) + μ(b ×c). (線性)

2、內積(點乘)

定義:兩個向量ab的內積爲 a·b = |a||b|cos∠(a, b),特別地,0·a =a·0 = 0;若ab是非零向量,則ab****正交的充要條件是a·b = 0。注意:點乘的結果是一個標量(數量而不是向量)

幾何意義:

a∙b>0→方向基本相同,夾角在0°到90°之間
a∙b=0→ 正交,相互垂直
a∙b<0→ 方向基本相反,夾角在90°到180°之間

性質:

  1. a^2 ≥ 0;當a^2 = 0時,必有a = 0. (正定性)
  2. a·b = b·a. (對稱性)
  3. a + μbc = λa·c + μb·c,對任意實數λ, μ成立. (線性)
  4. cos∠(a,b) =a·b/(|a||b|).
  5. |a·b| ≤ |a||b|,等號只在ab共線時成立
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