在线性代数中,外积一般指两个向础握得如困经黑起量的张量积;或在几何代数中,指有类似势的运算如楔积。这些运算的势是笛卡尔积的势。这个名字与内积相对,它是有相反次序的积。这里写的是外积,但是下面强游的写的是矢量积。
把向量外积定义为:
符号表示:a× b
大小:|a|·|b|·sin<a,b>.
方向:右手材普纸离站怕年菜示胡定则:若坐标系是满足右手来自定则的,设z=x×y,|z|=|x||y|*sin<x,y>;则x,y,z构成右手系,伸开右手手掌,四个手指从x轴正方向方向转到y轴正方面,则大拇指方向即为z正轴方向。
外积的坐标表示:
(x1,y1武义院,z1)×(x2,y2,z2)=(y1z2-y2z1,z1x2-z2x1,x1y2-x2y1)
a× (b+c) = a ×b +a ×c
分配律的几何证明方法很繁琐,大意是用作图的方法验证。有兴趣的话请自己参阅参考文献中的证明。
下面给出代数方法。我们假定已经知道了:
1)外积的反对称性:
a× b= - b× a.
这由外积的定义是队妈知顾称间息接脸了显然的。
2)内积360百科(即数积、点积)的分配律:
a·(b+ c) = a·b+ a斤实油顶社·c,
(a+ b)·c= a天·c+ b·c.
这由内积的定义a·b= |a|·|b|·cos<a,b>;,用投影的方法不难得到证明。
3)混合积的性质:
定义(a×b)宽育增管英龙规雷测故据·c为矢量a,b,输宁则烟损古c的混合积,容易证明:
i) (a×b)·c的绝对值正是以a,女仍异要b,c为三条邻棱的平行六面体的体积,其正负号由a送食底垂纸江整,b,c的定向决音护处示我货效径战杂争定(右手系为正,左手系为负)。
外积简单战帝证明:体积V=底面积S×高h
=|a×b|×|h|
=|a×b|×|c|×(全表c·h)/(|c||h|)
=|a×b|×(c·h)/|h|
而|h|=|a×b|
所以 V=c·h=c·(a×b)
从而就在款介展材粉推出:
ii) (a×b声重浓)·c= a·(b×c)
所以我们可以记a,b,c的混合积为(a,b,c).
由i)还可以推出:
iii) (a,b,c) = (b,c称块知,a) = (c,a,b)
我们还有下面的一条显然的结论:
iv) 若一个矢量a同时垂直于三个不共面矢a1,a2,a3,则a必为零矢量。
下面我们就用上面的1)2)3)来证明外积的分配律。
设r为空间任意由处德杨外矢量,在r·(a×(b+ c))里,交替两次利用3)的ii)、iii)和克数积分配律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)
移项,再利用数积分配律,得
r·(a×(b+ c) - (a×b+ a×c)) = 0
这说明矢量a×(b+ c) - (a×b+a×c)垂直于任意一个矢量。按3)的iv),这个矢量必为零矢量,即
a×(b+ c) - (a×b+ a×c) = 0
所以有
a×(b+ c) = a×b+a×c.
证毕
向量二重外积公式:a × (b×c )= b(a · c) − c(a ·b)
由于二重向量叉乘的计算较为复杂,于是直接给出了下列化简公式以及证明过程:
二重向量叉乘化简公式及证明