python如何叉乘 向量點乘與向量叉乘

2021-10-14 01:37:37 字數 2417 閱讀 2828

向量的點積與向量的叉乘應該是高中時解析幾何的知識,很久沒有用,已經回憶不起來了,最近接觸到了,一臉茫然

1. 向量的點乘

1.1 釋義

向量的點乘,也叫向量的內積、數量積,對兩個向量執行點乘運算,就是對這兩個向量對應位一一相乘之後求和的操作,點乘的結果是乙個標量。

1.2 點乘公式

對於向量a(a1, a2,…, an)和向量b(b1, b2,…, bn)

a·b =a1b1+a2b2+…+anbn

要求一維向量a和向量b的行列數相同.

1.3 幾何意義

點乘的幾何意義是可以用來表徵或計算兩個向量之間的夾角,以及在b向量在a向量方向上的投影,有公式:

a·b =|a||b|cosθ

那麼ab向量的夾角:

θ=arccos[(a·b)/(|a||b|) ]

根據這個公式就可以計算向量a和向量b之間的夾角。從而就可以進一步判斷這兩個向量是否是同一方向,是否正交(也就是垂直)等方向關係,具體對應關係為:

a·b>0 方向基本相同,夾角在0°到90°之間

a·b=0 正交,相互垂直

a·b<0 方向基本相反,夾角在90°到180°之間

2.  向量叉乘

2.1 釋義

兩個向量的叉乘,又叫向量積、外積、叉積,叉乘的運算結果是乙個向量而不是乙個標量。a向量與b向量的向量積的方向與這兩個向量所在平面垂直,且遵守右手定則。(乙個簡單的確定滿足「右手定則」的結果向量的方向的方法是這樣的:若座標系是滿足右手定則的,當右手的四指從a以不超過180度的轉角轉向b時,豎起的大拇指指向是c的方向。)

它的長度是ab張開的平行四邊形的面積.

2.2 叉乘公式

對於向量a(x1,y1,z1) 和向量b(x2, y2, z2):

2.3 幾何意義

向量的兩個要素是模長和方向,讓我們從這兩個角度考慮叉積的幾何意義。 在模長上,叉積的幾何意義是以兩個向量為邊的平行四邊形的面積:

在方向上,叉積垂直於平行四邊形所在的平面:

2.4  運算法則

(1)反交換律:a×b=-b×a

(2)加法的分配律:a×(b+c)=a×b+a×c。

(3)與標量乘法相容:(ra)×b=a×(rb)=r(a×b)。

(4)不滿足結合律,但滿足雅可比恒等式:a×(b×c)+b×(c×a)+c×(a×b)=0。

(5)兩個非零向量a和b平行,當且僅當a×b=0。

2.5  運用例項

(1) 計算平行六面體的體積

平行六面體,就是六面體的每個面都是平行四邊形,如下圖所示:

(2)判斷點是否在同一平面內

空間內的三點可以確定乙個平面,p1,p2,p3是空間中的三個點,另有一點p,如何判斷p是否在平面內?

可以借助向量通過上一節中平行六面體體積的知識判斷,如下圖所示

這樣形成了三個向量,|p1p3×p1p2| 是這兩個向量圍成的平行四邊形的面積,p1p·|p1p3×p1p2| 表示平行六面體的體積,如果體積是0,那麼p就在平面內

(3)計算三個點圍成的三角形的面積,p1(-1, 0 , 1),p2(0, 2, 2),p3(0, -1, 2)

向量點乘與叉乘

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