矩阵力量:线性代数全彩图解+微课+Python编程
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2.9 向量积:结果为向量

向量积(vector product)也叫叉乘(cross product)或外积,向量积结果为向量。也就是说,向量积是一种“向量→向量”的运算规则。

ab向量积,记做a×ba×b作为一个向量,我们需要了解它的方向和大小两个成分。

方向

如图2.24所示,a×b方向分别垂直于向量ab,即a×b垂直于向量ab构成的平面。

图2.24 a×b垂直于向量ab构成平面

向量ab以及a×b三者的关系可以用右手法则判断,如图2.25所示。图2.25这幅图中,我们可以看到a×bb×a方向相反。

图2.25 向量叉乘右手定则

大小

a×b的模,也就是a×b向量积的大小,通过下式获得,即

其中:θ为向量ab夹角。如图2.26所示,从几何角度,向量积的模‖a×b‖相当于图中平行四边形的面积。

图2.26 a×b向量积模的几何含义

正交向量之间的叉乘

如图2.27(a)所示,空间直角坐标系中三个正交向量e1i)(横轴正方向)、e2j)(纵轴正方向)和e3k)(竖轴正方向)向量叉乘关系存在关系

图2.27(b)展示了以上三个等式中ijk前后顺序关系。若调换叉乘元素顺序,结果反向,对应以下三个运算式,即

图2.27 三维空间正交单位向量基底之间关系

特别地,向量与自身叉乘等于0向量,比如

下列为叉乘运算常见性质,有

任意两个向量的叉乘

在三维直角坐标系中,用ijk表达向量ab,有

整理向量ab叉乘,有

ab叉乘还可以通过行列式求解,我们将在本书第4章进行讲解。

举个例子

下面结合代码计算ab两个向量叉乘,令

a×b结果为

Bk4_Ch2_11.py计算得到。其中,numpy.cross()函数可以用于计算列向量和行向量的向量积。