描述
定義
把向量外積定義為:
符號表示: a× b
大小:| a|·| b|·sin< a, b>.
方向:右手定則:若坐標系是滿足右手定則的,設 z= x× y,| z|=| x|| y|*sin< x, y>;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。
外積的坐標表示:
(x,y,z×(x,y,z)=(yz-yz,zx-zx,xy-xy
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< a, b>;,用投影的方法不難得到證明。
3)混合積的性質:
定義( a× b)· c為矢量 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為三條鄰棱的平行六面體的體積,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) 若一個矢量 a同時垂直於三個不共面矢 a1, a2, a3,則 a必為零矢量。
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為空間任意矢量,在 r·( a×( b+ c))里,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
這說明矢量 a×( b+ c) - ( a× b+ a× c)垂直於任意一個矢量。按3)的iv),這個矢量必為零矢量,即
a×( b+ c) - ( a× b+ a× c) = 0
所以有
a×( b+ c) = a× b+ a× c.
證畢。
二重向量外積
向量二重外積公式: a × ( b× c )= b( a · c) − c( a · b)
抽象定義
給定向量和余向量,張量積給出映射,在同構之下。
具體的說,給定,
這裡的是在 w上的求值,它生成一個標量,接著乘 v。
可作為替代,它是與的複合。
如果,則還可以配對,這是內積。