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矢量的代数运算,物理上矢量运算法则是什么

时间:2023-05-04 04:34:52 阅读:225652 作者:471

书接上回,矢量的运算看起来未免太过抽象,这里形象地说明一下矢量运算的意义。我一般习惯用形象的思维想象抽象的理论

,这样认识才更轻松且深刻。

矢量,就是有大小和方向的量。于是我们可以这么想:矢量只受大小和方向的约束,而与起点无关。具体的说,我们可以用【

正东偏北方30度方向,距离100公里】来表示一个矢量,而矢量并没有规定起点是深圳,还是广州。并且这个也不重要。只要

满足方向,距离相同,就可以认为矢量相同。
举例:在平面直角坐标系上【O-XY】上,有三个点A[1/√3,1],B[√3,1],C[2/√3,0]。
如图:

则,矢量OC和矢量AB是同一矢量,也就是说我们向量AB,我们在保证其方向和长度不变的情况下,可以移到向量OC处来。
OK,我们来看矢量运算的实际意义。

1)加减
我们可以将矢量看成是路径,比如矢量OA表示从O点到A点,B点可以直观形象的视为从O沿着OA到了A点,然后从A点沿着AB到了

B点。也就是说,经过上述路径,我们最终从O点到了B点,于是我们可以写成矢量OA+矢量OB=矢量OB;换句话说,【矢量的加

法结果,就是任选一个矢量作为起点,将被加数的各矢量依次平移成一条连贯路径,然后沿着这个路径叠加下去得到终点,这

个起点到终点即是矢量的加法】。
减法的过程相反,被减数是上述起点到终点构成的矢量,减数是其中一条路径,差即是补充路径。

2)笑点低的大树和模
模即是矢量的大小。模是一个标量,如果存在一个与矢量同向的单位矢量e,则矢量可以表示为模乘以单位矢量e。
例如e=icosθ+jsinθ即是一个单位矢量,如果这个单位矢量与矢量A同向,那么A=|A|e.
笑点低的大树即是模的平方,也是一个标量。

3)叉乘
叉乘可以视为物理上的力矩。在形象上,叉乘可以视为以两个矢量围成的平行四边形面积大小为模,以右手法则为方向的向量。三维空间矢量A叉乘B在数学上可以视为一个三阶矩阵的行列式,这个三阶矩阵的第一行是所有依次为i1i2i2,第二行依次为左乘数的向量值a1a2a3,第三行依次为右乘数的向量值,依次为b1b2b3。

4)点乘
点乘可以视为物理上的做功。A点乘B在数学上可以视为矢量A的矩阵与矢量B的置换矩阵的乘积。即[a b c][x y z]T。

5)直乘
直乘可以被用来推导旋转。假设一个矢量OA,绕O点旋转θ角度,到了A'点,即向量OA'。
那么A'A=-(A·A')-A×A'=-(||A||cosθ)-||A||sinθe;
故A'=-(||A||cosθ)+||A||sinθe(A*/||A||)=(-cosθ-sinθe)(A*)=(-cosθ-sinθe)(-A)=(cosθ+sinθe)A;
因此A'可以视为以e为轴,大拇指指向e的方向,转过θ度,得到的旋转矢量。

6)共轭
共轭可视为方向相反,模相等的矢量。

7)求逆
求逆可视为方向相反,模互为倒数的矢量。

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