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向量相乘公式,向量向量积的定义叉乘

时间:2023-05-04 22:17:31 阅读:200949 作者:4371

向量积,数学中又称外积、叉积,物理中称矢积、叉乘,是一种在向量空间中向量的二元运算。与点积不同,它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和垂直。其应用十分广泛,通常应用于物理学光学和计算机图形学中。


如图,这是

,我们得到了一个实数 ,而其绝对值为平行四边形面积。


如图,这是

,我们得到了一个垂直与已知两向量的法向量,且其模长为平行四边形面积。

运算定理

均为向量, 为 的夹角

1,

2,

3,

运用1,已知三点坐标,求三角形面积

以任意一个点坐标为基准,做差得到两个向量,这两个向量可围成向量三角形。
例如点

,点 ,点
得到向量 和
使用公式2,然后取绝对值,得到三角形面积 。

空间向量外积求三角形面积可以很容易的推广到平面。

则有

三角形是最简单的几何图形,而在计算机领域求多边形面积是非常重要的,而用向量外积算出的有向面积,是解决求多边形面积的重要方法,它适用于凸多边形和凹多边形,非常灵活,简洁优美。

运用2,已知平面,求平面的法向量

找到平面内不共线的两向量

,这两个向量决定了这个平面 使用公式2,得到向量 ,按照向量外积的定义, 垂直于
故所求向量 即平面的法向量

向量外积得到的法向量,有很多用途,尤其是物理上的,例如3D图像渲染在CG和游戏领域非常重要,而好的视觉效果多半取决于环境光的仿真,光的传播有一个最基本的定理,那就是光线与平面的法线所成的反射角等于入射角,而与利用向量外积求平面法线,是最简洁优美的。

运用3,求三棱锥体积

由三个不共面向量

所决定的平行六面体的体积为

故由三个不共面向量所决定的三棱锥的体积为

运用4,高中数学外挂

用它来做高中数学题简直就是开挂。

已知三点坐标,求三角形面积这个问题。按照高中数学的套路,无非就是两点间距离公式算三边长,然后要么用海伦公式算面积,要么用余弦定理求出余弦值,换成正弦值,再求面积,这两种方法海伦公式稍微简便一点,但无非都难算了一些。而使用向量外积则简洁优美,我直接算

的值就是面积了。

已知平面,求平面的法向量这个问题。按照高中数学的套路,无非找出平面内两个不共线向量

,然后设平面的法向量 然后根据向量垂直 和 联立解得 为含参的式子(因为一个平面的法向量有无数个),最后取一个容易计算的法向量。而使用向量外积,那就很简单了,计算 就搞定了。

已知三棱锥的各个点坐标,求它的体积这个问题。按照高中数学的套路,无非就是用余弦定理和正弦定理暴算一个面的面积,再用向量的余弦定理暴算点到面的距离,然后求出体积。如果使用上述的公式,一步就能算出体积,非常方便。

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