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