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向量混合积的轮换对称性公式,向量的双重外积的公式解释

时间:2023-05-05 19:45:26 阅读:244404 作者:124

一. 混合积
        定义:向量 ab的外积仍是一个向量,因而它还可以与另一个向量 c做内积:( a× b) · c = |a×b||c|cosθ = |a×b|h。它成为a, b,c的混合积,记作(a, b, c) = (a×bc。如上图所示。         几何意义:因|a×b|等于以a,b为邻边的平行四边形面积,故|(a, b, c)|等于以a, b, c为邻边的平行六面体的体积。         性质: (a, b, c) = (b,c, a) = (c, a,b) = -(b, a, c) = -(c,b, a) = -(a, c,b);(λa1 + μa2, b, c) = λ(a1,b, c) + μ(a2, b,c),对任意实数λ, μ成立;若{e1, e2, e3}是互相正交的组成右手系的单位向量,则(e1,e2, e3) = 1;a, b, c共面的充要条件是:(a,b, c) = 0。 应用混合积求解不同坐标系间的坐标转换问题:         设 a, b, c为三个不共面的向量。求任意向量 d关于 a, b, c的分解式 d = x a + y b +z c。 解:根据向量加法的性质, d可以表示成上式。两边与 b, c取混合积,得 ( d, b, c) = (x a+y b+z c, b, c)               =((x a+y b+z cb) ·c               =(xa×b+yb×b+zc×bc
              =(xa×b+zc×bc               (根据外积的性质,b×b = 0
              =(xa×bc + (zc×bc
              =x(a, b, c)                          (根据外积性质,c×bc正交,据内积性质,(c×bc = 0)

因为(a, b, c)不共面,所以(a,b, c) ≠ 0,于是解得 x = (d, b, c)/(a, b, c),同理可得 y = (a, d, c)/(a,b, c),z = (a, b,d)/(a, b, c)。这其实就是解线性代数方程组的lgdyc法则

二. 双重外积公式与拉格朗日恒等式 双重外积公式:( a× bc = b( a ·c) - a( b ·c). 拉格朗日恒等式:( a× b) ·(c×d) = (a·c)(b·d) - (a·d)(b·c). 证拉格朗日恒等式: ( a× b) ·(c×d) = (c,d, a×b)    (根据混合积定义:(a,b, c) = (a×bc
                      = (a×b,c, d)     (根据混合积性质: (a, b, c) = (b, c, a) = (c, a, b))                       = ((a×bcd
                      = (b(a·c) -a(b·c))·d
                      = (a·c)(b·d) - (a·d)(b·c).
三.参考 [1] 苏步青. 空间解析几何. 上海:上海科技出版社,1984

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