向量二重外積公式證明,向量二重外積公式證明

2021-03-03 22:26:34 字數 5647 閱讀 1320

1樓:匿名使用者

正 三向量a,b,c的雙重向量積的證明方法很多,這裡介紹一種比較直觀的證法。

為了證明 a×(b×c)=(a·c)b-(a·b)c (1) 只需證明 a~0×(b~0×c~0)=(a~0·c~0)b~0-(a~0·b~0)·c~0 (2) 其中a~0,b~0,c~0為單位向量。因為若(2)成立,則在它的兩邊同時乘以|a|,|b|,|c|,立即得到(1)。

設三向量a,b,c都不是零向量,且b,c不共線以及a不與b,c垂直。將三向量的起點置於同一點o,b=ob和c=oc所在的平面為π,

向量的外積運算推導過程

2樓:山野田歩美

i=(1,0,0)

j=(0,1,0)

k=(0,0,1)

代入公式,再作加減即可

三階行列式

方法:(僅限三階)

沙路法:

把i,j兩列重抄在整個式子右方

左上到右下各項相乘再相加

i*ay*bz+j*az*bx+k*ax*by左下到右上各項相乘再相加

bx*ay*k+by*az*i+bz*ax*j前式減後式,即為此行列式之值

3樓:魚心曉

如下圖所示,向量在直角座標系下的表示形式。

向量外積公式

4樓:闖將

i=(1,0,0)

j=(0,1,0)

k=(0,0,1)

代入公式,再作加減即可

三階行列式方法:(僅限三階)

沙路法:

把i,j兩列重抄在整個式子右方

左上到右下各項相乘再相加

i*ay*bz+j*az*bx+k*ax*by左下到右上各項相乘再相加

bx*ay*k+by*az*i+bz*ax*j前式減後式,即為此行列式之值

5樓:匿名使用者

會代數餘子式行列式嗎

6樓:靳璞頻清潤

a.b=|a|.|b|sine

7樓:鈕玉芬孛辰

不需要用外積就可以求!

設三點為a、b、c,則向量ab與向量ac可求。(ab、ac、bc三個選哪兩個都可以)

設這個法向量是a=(x,y,z),則有向量a點乘向量ab為0,向量a點乘向量ac為0,

則可解出向量a,這裡要注意的是我們解出的a是含有一個參量的,可是是x、y、z中的任何一個,在具體題裡,可以根據已知去確定把三者的哪個定為參量,假設我們解出的是a=(2y,y,3y/5),再把y賦具體的值就可以,這裡可以是1,為了不出分數,也可以是5.

向量的外積表示式與方向。

8樓:匿名使用者

其中i,j,k是三個單位向量.

行列式按第一行就行.

外積定義

把向量外積定義為

:符號表示:a× b

大小:|a|·|b|·sin.

方向:右手定則:若座標系是滿足右手定則的,設z=x×y,|z|=|x||y|*sin;則x,y,z構成右手系,伸開右手手掌,四個手指從x軸正方向方向轉到y軸正方面,則大拇指方向即為z正軸方向。

外積的座標表示:

(x1,y1,z1)×(x2,y2,z2)=(y1z2-y2z1,z1x2-z2x1,x1y2-x2y1)

外積的分配律a× (b+c) = a ×b +a ×c

分配律的幾何證明方法很繁瑣,大意是用作圖的方法驗證。有興趣的話請自己參閱參考文獻中的證明。

下面給出代數方法。我們假定已經知道了:

1)外積的反對稱性:

a× b= - b× a.

這由外積的定義是顯然的。

2)內積(即數積、點積)的分配律:

a·(b+ c) = a·b+ a·c,

(a+ b)·c= a·c+ b·c.

這由內積的定義a·b= |a|·|b|·cos;,用投影的方法不難得到證明。

3)混合積的性質:

定義(a×b)·c為向量a,b,c的混合積,容易證明:

i) (a×b)·c的絕對值正是以a,b,c為三條鄰稜的平行六面體的體積  外積,其正負號由a,b,c的定向決定(右手係為正,左手係為負)。

簡單證明:體積v=底面積s×高h

=|a×b|×|h|

=|a×b|×|c|×(c·h)/(|c||h|)

=|a×b|×(c·h)/|h|

而|h|=|a×b|

所以 v=c·h=c·(a×b)

從而就推出:

ii) (a×b)·c= a·(b×c)

所以我們可以記a,b,c的混合積為(a,b,c).

由i)還可以推出:

iii) (a,b,c) = (b,c,a) = (c,a,b)

我們還有下面的一條顯然的結論:

iv) 若一個向量a同時垂直於三個不共面矢a1,a2,a3,則a必為零向量。

外積的分配律證明下面我們就用上面的1)2)3)來證明外積的分配律。

設r為空間任意向量,在r·(a×(b+ c))裡,交替兩次利用3)的ii)、iii)和數積分配律2),就有

r·(a×(b + c))

= (r×a)·(b+ c)

= (r×a)·b+ (r×a)·c

= r·(a×b) + r·(a×c)

= r·(a×b+ a×c)

移項,再利用數積分配律,得

r·(a×(b+ c) - (a×b+ a×c)) = 0

這說明向量a×(b+ c) - (a×b+a×c)垂直於任意一個向量。按3)的iv),這個向量必為零向量,即

a×(b+ c) - (a×b+ a×c) = 0

所以有a×(b+ c) = a×b+a×c.證畢

9樓:松茸人

向量積,數學中又稱外積、叉積,物理中稱矢積、叉乘,是一種在向量空間中向量的二元運算。與點積不同,它的運算結果是一個向量而不是一個標量。並且兩個向量的叉積與這兩個向量和垂直。

其應用也十分廣泛,通常應用於物理學光學和計算機圖形學中。

兩個向量a和b的叉積寫作a×b(有時也被寫成a∧b,避免和字母x混淆)。 [1]

定義向量積可以被定義為:。

模長:(在這裡θ表示兩向量之間的夾角(共起點的前提下)(0°≤θ≤180°),它位於這兩個向量所定義的平面上。)

方向:a向量與b向量的向量積的方向與這兩個向量所在平面垂直,且遵守右手定則。(一個簡單的確定滿足「右手定則」的結果向量的方向的方法是這樣的:

若座標系是滿足右手定則的,當右手的四指從a以不超過180度的轉角轉向b時,豎起的大拇指指向是c的方向。)

也可以這樣定義(等效):

向量積|c|=|a×b|=|a||b|sin

即c的長度在數值上等於以a,b,夾角為θ組成的平行四邊形的面積。

而c的方向垂直於a與b所決定的平面,c的指向按右手定則從a轉向b來確定。

*運算結果c是一個偽向量。這是因為在不同的座標系中c可能不同。 [1]

座標運算

設=(),=()。i,j,k分別是x,y,z軸方向的單位向量,則 [1]  :

a×b=(-)i+(-)j+(-)k,為了幫助記憶,利用三階行列式,寫成det

證明為了更好地推導,我們需要加入三個軸對齊的單位向量i,j,k。

i,j,k滿足以下特點:

i=jxk;j=kxi;k=ixj;

kxj=–i;ixk=–j;jxi=–k;

ixi=jxj=kxk=0;(0是指0向量)

由此可知,i,j,k是三個相互垂直的向量。它們剛好可以構成一個座標系。

這三個向量的特例就是i=(1,0,0)j=(0,1,0)k=(0,0,1)。

對於處於i,j,k構成的座標系中的向量u,v我們可以如下表示:

u=xu*i+yu*j+zu*k;

v=xv*i+yv*j+zv*k;

那麼uxv=(xu*i+yu*j+zu*k)x(xv*i+yv*j+zv*k)

=xu*xv*(ixi)+xu*yv*(ixj)+xu*zv*(ixk)+yu*xv*(jxi)+yu*yv*(jxj)+yu*zv*(jxk)+zu*xv*(kxi)+zu*yv*(kxj)+zu*zv*(kxk)

由於上面的i,j,k三個向量的特點,所以,最後的結果可以簡化為

uxv=(yu*zv–zu*yv)*i+(zu*xv–xu*zv)*j+(xu*yv–yu*xv)*k。 [1]

與數量積的區別

注:向量積≠向量的積(向量的積一般指點乘)

一定要清晰地區分開向量積(矢積)與數量積(標積)。見下表。

幾何意義及其運用

叉積的長度|a×b|可以解釋成這兩個叉乘向量a,b共起點時,所構成平行四邊形的面積。據此有:混合積[abc]=(a×b)·c可以得到以a,b,c為稜的平行六面體的體積。 [1]

代數規則

1、反交換律:a×b=-b×a

2、加法的分配律:a×(b+c)=a×b+a×c。

3、與標量乘法相容:(ra)×b=a×(rb)=r(a×b)。

4、不滿足結合律,但滿足雅可比恆等式:a×(b×c)+b×(c×a)+c×(a×b)=0。

5、分配律,線性性和雅可比恆等式別表明:具有向量加法和叉積的r3構成了一個李代數。

6、兩個非零向量a和b平行,當且僅當a×b=0。 [1]

拉格朗日公式

這是一個著名的公式,而且非常有用:

(a×b)×c=b(a·c)-a(b·c)

a×(b×c)=b(a·c)-c(a·b)

證明過程如下:

二重向量叉乘化簡公式及證明

可以簡單地記成「bac-cab」。這個公式在物理上簡化向量運算非常有效。需要注意的是,這個公式對微分運算元不成立。

這裡給出一個和梯度相關的一個情形:

這是一個霍奇拉普拉斯運算元的霍奇分解的特殊情形。

另一個有用的拉格朗日恆等式是:

這是一個在四元數代數中範數乘法|vw|=|v||w|的特殊情形。 [2]

矩陣形式

給定直角座標系的單位向量i,j,k滿足下列等式:

i×j=k;

j×k=i;

k×i=j;

通過這些規則,兩個向量的叉積的座標可以方便地計算出來,不需要考慮任何角度:設

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

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

則a×b=[a2b3-a3b2,a3b1-a1b3,a1b2-a2b1]。

叉積也可以用四元數來表示。注意到上述i,j,k之間的叉積滿足四元數的乘法。一般而言,若將向量[a1,a2,a3]表示成四元數a1i+a2j+a3k,兩個向量的叉積可以這樣計算:

計算兩個四元數的乘積得到一個四元數,並將這個四元數的實部去掉,即為結果。更多關於四元數乘法,向量運算及其幾何意義請參看四元數(空間旋轉)。 [2]

高維情形

七維向量的叉積可以通過八元數得到,與上述的四元數方法相同。

七維叉積具有與三維叉積相似的性質:

雙線性性:x×(ay+bz)=ax×y+bx×z;(ay+bz)×x=ay×x+bz×x;

反交換律:x×y+y×x=0;

同時與x和y垂直:x·(x×y)=y·(x×y)=0;

拉格朗日恆等式:|x×y|²=|x|²|y|²-(x·y)²;

不同於三維情形,它並不滿足雅可比恆等式:x×(y×z)+y×(z×x)+z×(x×y)≠0。

希望我能幫助你解疑釋惑。

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