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向量数量积坐标公式

向量的数量积(也称为点积或内积)的坐标运算公式如下:

二维空间

设向量 $\mathbf{a} = (x_1, y_1)$ 和向量 $\mathbf{b} = (x_2, y_2)$,则它们的数量积为:

$$

\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = x_1 \cdot x_2 + y_1 \cdot y_2

$$

三维空间

设向量 $\mathbf{a} = (x_1, y_1, z_1)$ 和向量 $\mathbf{b} = (x_2, y_2, z_2)$,则它们的数量积为:

$$

\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = x_1 \cdot x_2 + y_1 \cdot y_2 + z_1 \cdot z_2

$$

解释

定义:向量的数量积定义为两个向量的模长相乘再乘以它们夹角的余弦值,即 $\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = |\mathbf{a}| |\mathbf{b}| \cos \theta$,其中 $\theta$ 是向量 $\mathbf{a}$ 和 $\mathbf{b}$ 之间的夹角。

坐标表示:通过将向量的数量积展开为两个向量的坐标表示相乘后再求和,可以方便地进行计算。在二维和三维空间中,这个公式分别简化为两个分量和三个分量的乘积之和。

性质

交换律:$\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = \mathbf{b} \cdot \mathbf{a}$

数乘结合律:$(\lambda \mathbf{a}) \cdot \mathbf{b} = \lambda (\mathbf{a} \cdot \mathbf{b})$

分配律:$(\mathbf{a} + \mathbf{b}) \cdot \mathbf{c} = \mathbf{a} \cdot \mathbf{c} + \mathbf{b} \cdot \mathbf{c}$

零向量:若 $\mathbf{a} = \mathbf{0}$ 或 $\mathbf{b} = \mathbf{0}$,则 $\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = 0$

垂直性:若 $\mathbf{a} \cdot \mathbf{b} = 0$,则 $\mathbf{a} \perp \mathbf{b}$

这些性质在处理向量运算时非常有用,可以帮助简化计算并揭示向量之间的几何关系。

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