数学基础之向量点乘与叉乘

向量点乘

向量点乘又称为内积、数量积,对两个向量执行点乘运算,就是对这两个向量对应位一一相乘之后求和的操作,点乘的结果是一个标量

公式

对于向量$vec a = [a_1, a_2, dots, a_n]$和向量$vec b = [b_1, b_2, dots, b_n]$,有

几何意义

源于物理牛顿力学的做功问题。点乘的几何意义是可以用来表征或计算两个向量之间的夹角,以及向量$vec b$在向量$vec a$方向上的投影,有公式:

向量$vec a$,$vec b$的长度都是可以计算的已知量,从而有$vec a$和$vec b$间的夹角$ heta$:

根据这个公式就可以计算向量$vec a$和向量$vec b$之间的夹角。从而就可以进一步判断这两个向量是否是同一方向是否正交(也就是垂直)等方向关系,具体对应关系为:

  • $vec a cdot vec b > 0$    方向基本相同,夹角在0°到90°之间
  • $vec a cdot vec b = 0$    正交,相互垂直  
  • $vec a cdot vec b < 0$    方向基本相反,夹角在90°到180°之间 

向量叉乘 

叉乘又叫向量积、外积、叉积,叉乘的运算结果是一个向量而不是一个标量。并且两个向量的叉积与这两个向量组成的坐标平面垂直。

公式

对于向量$vec a = (x_1, y_1, z_1)$和向量$vec b = (x_2, y_2, z_2)$,有

 其中,

所以又有

几何意义

源于物理牛顿力学的力矩问题。在三维几何中,向量$vec a$和向量$vec b$的叉乘结果是一个向量,更为熟知的叫法是法向量,该向量垂直于$vec a$和$vec b$向量构成的平面

在3D图像学中,叉乘的概念非常有用,可以通过两个向量的叉乘,生成第三个垂直于$vec a$,$vec b$的法向量,从而构建X、Y、Z坐标系。如下图所示: 

该法向量方向符合右手螺旋定则模$|vec a imes vec b| = |vec a||vec b|sin heta$

在二维空间中,叉乘还有另外一个几何意义就是:$vec a imes vec b$等于由向量a和向量b构成的平行四边形的面积

参考资料:

https://blog.csdn.net/dcrmg/article/details/52416832

Min是清明的茗
原文地址:https://www.cnblogs.com/MinPage/p/14056548.html