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266 字
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微积分下 07 - 向量及其运算

对于已经在高中学习过的向量知识,我们不加赘述

投影#

我们定义

Prja⃗b⃗Prj_{\vec a}\vec b

为 b⃗\vec b 在 a⃗\vec a 上的投影,即为 ∣b⃗∣cos⁡θ|\vec b|\cos{\theta}

内积#

然后

∣a⃗∣Prja⃗b⃗=∣a⃗∣∣b⃗∣cos⁡θ|\vec a|Prj_{\vec a}\vec b =|\vec a||\vec b|\cos{{\theta}}

即为内积,记作 a⃗⋅b⃗\vec a \cdot \vec b ,将其正交分解,很容易就可以知道

a⃗⋅b⃗=x1x2+y1y2+z1z2\vec a \cdot \vec b=x_1x_2+y_1y_2+z_1z_2

内积满足分配律

外积(向量积)#

a⃗×b⃗=∣a⃗∣∣b⃗∣sin⁡(a⃗,b⃗^)e⃗c=c⃗\vec a \times \vec b=|\vec a||\vec b|\sin{(\hat{\vec a,\vec b})}\vec e_c = \vec c

方向由右手定则确定,四指由 a⃗\vec a 转向 b⃗\vec b ,此时大拇指的方向即为 c⃗\vec c 的方向

由于方向是右手定则确定的,就可以知道

a⃗×b⃗=−b⃗×a⃗\vec a \times \vec b=-\vec b \times \vec a

其还有分配律

(λa⃗)×b⃗= a⃗×(λb⃗)=λ(a⃗×b⃗)a⃗×(b⃗+c⃗)=a⃗×b⃗+a⃗×c⃗\begin {aligned} (\lambda\vec a) \times \vec b = \ \vec a \times (\lambda \vec b)=\lambda(\vec a \times \vec b)\\ \vec a\times(\vec b+\vec c)=\vec a \times \vec b+\vec a \times\vec c \end {aligned}

在进行外积时,仅三维空间由如此简单的方向表示,并且可以写为

a⃗×b⃗=∣ijkaxayazbxbybz∣\vec a\times \vec b= \begin {vmatrix} i&j&k\\ a_x&a_y&a_z\\ b_x&b_y&b_z \end {vmatrix}

在二维情况下,我们推导

a⃗×b⃗=(ax,ay)×(bx,by)=((ax,0)+(0,ay))×((bx,0)+(0,by))=(ax,0)×(0,by)+(0,ay)×(bx,0)=axby−bxay\begin {aligned} \vec a \times \vec b&=(a_x,a_y)\times(b_x,b_y)\\ &=((a_x,0)+(0,a_y))\times((b_x,0)+(0,b_y))\\ &=(a_x,0)\times(0,b_y)+(0,a_y)\times(b_x,0)\\ &=a_xb_y-b_xa_y \end {aligned}

这一式子就求出了一个有方向的模长,为什么说有方向呢?我们将二维向量升维,结果实际上是

(0,0,axby−bxay)(0,0,a_xb_y-b_xa_y)

方向实际上是相对与Z轴向上或向下的

混合积#

就是混合了外积和内积的运算,有

(a⃗×b⃗)⋅c⃗=∣axayazbxbybzcxcycz∣(\vec a \times \vec b)\cdot \vec c= \begin {vmatrix} a_x&a_y&a_z\\ b_x&b_y&b_z\\ c_x&c_y&c_z \end {vmatrix}

如果三个向量共面,那么其混合积就为0

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微积分下 07 - 向量及其运算
https://hatoya-doublepigeonblog.pages.dev/posts/微积分下_07_-_向量及其运算/
作者
两只鸽子
发布于
2026-06-07
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0

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