叉积(向量积、外积)的运算法则及其与点积(数量积、内积)的混合运算
设a
, b
, c
为R3上的三个向量,λ
, μ
为两个标量,×
表示两向量之间的叉积,·
表示两向量之间的数量积。则:
1. 叉积的定义
a与b的叉积为一向量,记为a×b
。记a
与b
之间的夹角为θ
,则它的模与方向分别为:
- 模:
|a×b|
=|a||b|sinθ
- 方向:垂直于
a
与b
所构成的平面,且满足右手法则
2. 叉积的代数规则
- 反交换律:
a×b
=-b×a
。 - 分配律:
a×(b+c)
=a×b+a×c
。 - 与标量乘法兼容:
(λa)×b
=a×(λb)
=λ(a×b)
。 - 数乘结合律:
(λa)×(μb)
=(λμ)(a×b)
- 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)
可以使用拉格朗日公式第2条证明代数规则第5条的雅可比恒等式:
a×(b×c)+b×(c×a)+c×(a×b)
= b(a·c)-c(a·b)+c(b·a)-a(b·c)+a(c·b)-b(c·a)
= [a(c·b)-a(b·c)]+[b(a·c)-b(c·a)]+[c(b·a)-c(a·b)]
= 0
4. 向量的混合积
(a×b)·c
=(b×c)·a
=(c×a)·b
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