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向量相乘公式推导

时间:2026-03-23 17:00:01

向量相乘公式主要有两种:点积(内积)和叉积(外积)。

点积(内积)

点积也称为标量积,是两个向量相乘得到一个标量。对于二维向量 $\mathbf{a} = (a_1, a_2)$ 和 $\mathbf{b} = (b_1, b_2)$,它们的点积公式为:

$$\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = a_1 b_1 + a_2 b_2$$

对于三维向量 $\mathbf{a} = (a_1, a_2, a_3)$ 和 $\mathbf{b} = (b_1, b_2, b_3)$,它们的点积公式为:

$$\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = a_1 b_1 + a_2 b_2 + a_3 b_3$$

点积的几何意义是两个向量的模长与它们之间夹角的余弦值的乘积。如果两个向量的点积为零,则这两个向量垂直。

叉积(外积)

叉积是两个向量相乘得到一个新的向量。对于二维向量 $\mathbf{a} = (a_1, a_2)$ 和 $\mathbf{b} = (b_1, b_2)$,它们的叉积是一个标量,但在三维空间中,叉积是一个向量,其公式为:

$$\mathbf{a} \times \mathbf{b} = \begin{vmatrix}

\mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\

a_1 & a_2 & a_3 \\

b_1 & b_2 & b_3

\end{vmatrix} = (a_2 b_3 - a_3 b_2) \mathbf{i} - (a_1 b_3 - a_3 b_1) \mathbf{j} + (a_1 b_2 - a_2 b_1) \mathbf{k}$$

在三维空间中,叉积的模长等于两个向量的模长与它们之间夹角的正弦值的乘积:

$$|\mathbf{a} \times \mathbf{b}| = |\mathbf{a}| |\mathbf{b}| \sin \theta$$

其中,$\theta$ 是向量 $\mathbf{a}$ 和 $\mathbf{b}$ 之间的夹角。叉积的方向垂直于 $\mathbf{a}$ 和 $\mathbf{b}$,并且遵循右手定则。

总结

点积:$\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = a_1 b_1 + a_2 b_2 + a_3 b_3$,几何意义为两个向量的模长与夹角的余弦值的乘积。

叉积:$\mathbf{a} \times \mathbf{b} = (a_2 b_3 - a_3 b_2) \mathbf{i} - (a_1 b_3 - a_3 b_1) \mathbf{j} + (a_1 b_2 - a_2 b_1) \mathbf{k}$,模长为 $|\mathbf{a}| |\mathbf{b}| \sin \theta$,方向垂直于 $\mathbf{a}$ 和 $\mathbf{b}$。