线性代数#5:点积(数量积)叉积(向量积)与其几何理解(向量点积、叉积)
点积(数量积)
点积的几何含义为:
向量m于向量n上的投影,乘以向量n的长度的值。两者的逻辑顺序可调换,投影乘法与顺序无关。
故公式A:
此外,存在等价公式B(设两向量为(x1,x2)(y1,y2)):
相等原因
向量m于向量n上的投影,可看作是一个矩阵变换。
- 因矩阵变换完全由基向量决定,所以做单位基向量ihat、jhat与n的投影。
- 可见,ihat于单位向量u上的投影长度即为u的横坐标ux,jhat同理。故变换矩阵为[ux uy]。
- 因向量m为基向量的线性组合,所以向量m经投影变换后的数值为:x1ux+y1uy
- n向量的长度等于其与u的坐标比例,即x2/ux=y2/uy=|n|,故点积为:
叉积(向量积)
点积的结果为一个值,叉积的结果为一个向量,但叉积的行列式值也具备重要意义。
叉积的向量:
叉积的模:
叉积的意义
叉积c的意义:供给计算——任意一个向量与空间中已给定的v、w向量构成的平行六面体的体积;此外,它的模自身也代表v、w构成的平行四边形面积。
- 已给定的v、w向量构成平行四边形
- 平行六面体的面积为底面积(v、w平行四边形)×高度
- 叉积向量与v、w均垂直,并且模为平行四边形的面积;
故第三向量于叉积c上的投影,乘以叉积的模,即为平行六面体的体积。
因此叉积需满足:叉积的模为向量v、w构成平行四边形的面积;叉积的模与第三向量的点积为平行六面体的体积。
叉积c所需满足公式:
此行列式代表着——第三向量于叉积上的投影乘以叉积的模(即v、w平行四边形的面积),等于由v、w和第三向量组成的平行六面体的体积。右侧式中第一、二、三列分别代表六面体的三边)。因v、w均确定,所以叉积c也为确定值(方向、模已确定)。
叉积的计算
化解此公式,提取系数,得叉积的计算公式:
[...]方向余弦三维空间中的向量(x,y,z),其x的方向余弦为,y、z同理:cosx=x|r|具有性质:① er=1|r|(x,y,z)=1|r|⋅r=单位向量② cos2α+cos2β+cos2γ=1投影向量m于向量n上的投影,即为向量m的切面与向量n的交点m',mm'垂直于向量n。投影的计算:(a→在x上的投影)Prjxa=|a|⋅cosφ数量积公式:|m→|⋅|n→|⋅cosθ(即投影[...]