向量的內積(也叫點積)

2022-04-29 10:00:08 字數 1299 閱讀 5622

代數定義:

設二維空間內有兩個向量

和,定義它們的數量積(又叫內積、點積)為以下實數:

更一般地,n維向量的內積定義如下:

其中兩個維度相同的向量的內積也可以表示為:

幾何定義(只適用於2維和3維空間):

運算律:

交換律:

分配律:

結合律:

,其中m是實數

公式是很容易理解,但是意義呢?

內積運算將兩個向量對映為乙個實數。其計算方式非常容易理解,但是其意義並不明顯。下面我們分析內積的幾何意義。假設a和b是兩個n維向量,我們知道n維向量可以等價表示為n維空間中的一條從原點發射的有向線段,為了簡單起見我們假設a和b均為二維向量,則a=(

x1,y

1)'>a=(x1,y1),b=

(x2,

y2)'>b=(x2,y2) 

。則在二維平面上a和b可以用兩條發自原點的有向線段表示,見下圖:a=

好,現在我們從a點向b所在直線引一條垂線。我們知道垂線與b的交點叫做a在b上的投影,再設a與b的夾角是a,則投影的向量長度為|a|

cos(

a)'>|a|cos(a)

,其中|a

|cos

(a)'>|a|

=x12

+y12

'>是向量a的模,也就是a線段的標量長度。

注意這裡我們專門區分了向量長度和標量長度,標量長度總是大於等於0,值就是線段的長度;而向量長度可能為負,其絕對值是線段長度,而符號取決於其方向與標準方向相同或相反。

到這裡還是看不出內積和這東西有什麼關係,不過如果我們將內積表示為另一種我們熟悉的形式:

現在事情似乎是有點眉目了:a與b的內積等於a到b的投影長度乘以b的模。再進一步,如果我們假設b的模為1,即讓|b|

=1'>|b|=1

|b|=1,那麼就變成了:|b

|=1'>

也就是說,設向量b的模為1,則a與b的內積值等於a向b所在直線投影的向量長度!這就是內積的一種幾何解釋,也是我們得到的第乙個重要結論。在後面的推導中,將反覆使用這個結論

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