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ab之间的夹角为θ,则它的模与方向分别为:

  1. 模:|a×b| = |a||b|sinθ
  2. 方向:垂直于ab所构成的平面,且满足右手法则

2. 叉积的代数规则

  1. 反交换律:a×b = -b×a
  2. 分配律:a×(b+c) = a×b+a×c
  3. 与标量乘法兼容:(λa)×b = a×(λb) = λ(a×b)
  4. 数乘结合律:(λa)×(μb) = (λμ)(a×b)
  5. 雅可比恒等式:a×(b×c)+b×(c×a)+c×(a×b) = 0
  6. 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。
  7. 两个非零向量ab平行,当且仅当a×b = 0

3. 拉格朗日公式

  1. (a×b)×c = b(a·c)-a(b·c)
  2. 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:

(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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