“向量积”的性质是什么?

如题所述

    几何意义及其运用

    叉积的长度 |a×b| 可以解释成这两个叉乘向量a,b共起点时,所构成平行四边形的面积。据此有:混合积 [a b c] = (a×b)·c可以得到以a,b,c为棱的平行六面体的体积。

2.代数规则

    反交换律:a×b= -b×a

    加法的分配律:a× (b+c) =a×b+a×c

    与标量乘法兼容:(ra) ×b=a× (rb) = r(a×b)

    不满足结合律,但满足雅可比恒等式:a× (b×c) +b× (c×a) +c× (a×b) =0

    分配律,线性性和雅可比恒等式别表明:具有向量加法和叉积的 R3 构成了一个李代数。

    两个非零向量a和b平行,当且仅当a×b=0。

3.拉格朗日公式

    (a×b)×c=b(a·c) -a(b·c)

    a× (b×c) =b(a·c) -c(a·b)

4.矩阵形式

    给定直角坐标系的单位向量i,j,k满足下列等式:

    i×j=k;

    j×k=i ;

    k×i=j ;

    通过这些规则,两个向量的叉积的坐标可以方便地计算出来,不需要考虑任何角度:设

    a= [a1, a2, a3] =a1i+ a2j+ a3k;

    b= [b1,b2,b3]=b1i+ b2j+ b3k ;

    则a × b= [a2b3-a3b2,a3b1-a1b3, a1b2-a2b1]。

5.高维情形

    七维向量的叉积可以通过八元数得到,与上述的四元数方法相同。

    七维叉积具有与三维叉积相似的性质:

    双线性性:x× (ay+ bz) = ax×y+ bx×z;(ay+ bz) ×x= ay×x+ bz×x;

    反交换律:x×y+y×x= 0;

    同时与 x 和 y 垂直:x· (x×y) =y· (x×y) = 0;

    拉格朗日恒等式:|x×y|² = |x|² |y|² - (x·y)²;

    不同于三维情形,它并不满足雅可比恒等式:x× (y×z) +y× (z×x) +z× (x×y) ≠ 0。

向量积,数学中又称外积、叉积,物理中称矢积、叉乘,是一种在向量空间中向量的二元运算。与点积不同,它的运算结果是一个向量而不是一个标量。并且两个向量的叉积与这两个向量和垂直。其应用也十分广泛,通常应用于物理学光学和计算机图形学中。

在应用方面:

在物理学光学和计算机图形学中,叉积被用于求物体光照相关问题。求解光照的核心在于求出物体表面法线,而叉积运算保证了只要已知物体表面的两个非平行矢量(或者不在同一直线的三个点),就可依靠叉积求得法线。

参考资料

课程教材研究所.人教版高中数学必修4.北京:人民教育出版社,2007

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