向量的叉积

本文介绍如何通过向量u和v的叉积uxv来计算一个同时垂直于u和v的向量w。文章详细解释了叉积的定义及计算公式,并展示了如何确保所得向量垂直于原始两个向量。

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假设存在向量u(ux, uy, uz), v(vx, vy, vz), 求同时垂直于向量u, v的向量w(wx, wy, wz).
因为w与u垂直,同时w与v垂直,所以:

(ux * wx) + (uy * wy) + (uz * wz) = 0;
(vx * wx) + (vy * wy) + (vz * wz) = 0;

定义向量u = (ux, uy, uz)和向量 v = (vx, vy, vz)的叉积运算为:
u x v = (uy * vz - uz * vy, uz * vx - ux * vz, ux * vy - uy * vx)
这个样,上面计算的结果可简单概括为:uxv垂直于向量u和v。

### 向量的计算方法 向量是一种特殊的二元运算,其结果是一个新的向量。以下是详细的计算方法: #### 1. 基本定义 设两个三维空间中的向量分别为 \( \mathbf{a} = (a_1, a_2, a_3) \) 和 \( \mathbf{b} = (b_1, b_2, b_3) \),它们的可以表示为一个新的向量 \( \mathbf{c} = \mathbf{a} \times \mathbf{b} \)[^1]。 该新向量满足以下条件: - **大小**:\( |\mathbf{c}| = |\mathbf{a}| |\mathbf{b}| \sin\theta \),其中 \( \theta \) 是两向量之间的夹角。 - **方向**:由右手定则决定,即当四指从 \( \mathbf{a} \) 转向 \( \mathbf{b} \) 时,大拇指指向的方向即是 \( \mathbf{c} \) 的方向[^1]。 #### 2. 计算公式 通过解析几何的方法,可以直接利用分量表达式来计算。具体如下: \[ \mathbf{a} \times \mathbf{b} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k} \\ a_1 & a_2 & a_3 \\ b_1 & b_2 & b_3 \end{vmatrix} \] 展开行列式可得: \[ \mathbf{a} \times \mathbf{b} = ((a_2 b_3 - a_3 b_2)\mathbf{i}, -(a_1 b_3 - a_3 b_1)\mathbf{j}, (a_1 b_2 - a_2 b_1)\mathbf{k}) \][^1]。 最终得到的结果为: \[ \mathbf{a} \times \mathbf{b} = (a_2 b_3 - a_3 b_2, a_3 b_1 - a_1 b_3, a_1 b_2 - a_2 b_1) \][^1]。 #### 3. 示例 假设 \( \mathbf{a} = (2, 3, 4) \),\( \mathbf{b} = (5, 6, 7) \),按照上述公式进行计算: ```python import numpy as np # 定义向量 a = np.array([2, 3, 4]) b = np.array([5, 6, 7]) # 使用numpy库计算 cross_product = np.cross(a, b) print(cross_product) ``` 运行以上代码会输出 `[-3 6 -3]`,这与手动计算一致[^1]。 --- ###
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