向量点乘(内积)和叉乘(外积、向量积)概念及几何意义解读

2022-08-22 06:05:56   第一文档网     [ 字体: ] [ 阅读: ] [ 文档下载 ]
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向量,内积,几何,解读,意义

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For personal use only in study and research; not for commercial use 概念

向量是由n个实数组成的一个n1列(n*1)或一个1n列(1*n)的有序数组;

向量的点乘,也叫向量的内积、数量积,对两个向量执行点乘运算,就是对这两个向量对应位一一相乘之后求和的操作,点乘的结果是一个标量

点乘公式

对于向量a和向量b

? ? ? ? ?

ab的点积公式为:

要求一维向量a和向量b的行列数相同。

? ? ? ? ? ??

点乘几何意义

点乘的几何意义是可以用来表征或计算两个向量之间的夹角,以及在b向量在a向量方向上的投影,有公式: 推导过程如下,首先看一下向量组成: 定义向量:

根据三角形余弦定理有:

根据关系c=a-babc均为向量)有: 即:

向量ab的长度都是可以计算的已知量,从而有ab间的夹角θ

根据这个公式就可以计算向量a和向量b之间的夹角。从而就可以进一步判断这两个向量是否是同一方向,是否正交(也就是垂直)等方向关系具体对应关系为: b>0 ? ?方向基本相同,夹角在90°之间

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b=0 ? ?正交,相互垂直 ?

b<0 ? ?方向基本相反,夹角在90°180°之间?

叉乘公式

两个向量的叉乘,又叫向量积、外积、叉积,叉乘的运算结果是一个向量而不是一个标量。并且两个向量的叉积与这两个向量组成的坐标平面垂直。 对于向量a和向量b ab的叉乘公式为: 其中:

根据ijk间关系,有:

叉乘几何意义

在三维几何中,向量a和向量b的叉乘结果是一个向量,更为熟知的叫法是法向量,该向量垂直于ab向量构成的平面。

3D图像学中,叉乘的概念非常有用,可以通过两个向量的叉乘,生成第三个垂直于ab的法向量,从而构建XYZ坐标系。如下图所示:

?

在二维空间中,叉乘还有另外一个几何意义就是:aXb等于由向量a和向量b成的平行四边形的面积。

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