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向量叉积的运算法则

向量叉积(也称为外积或向量积)的运算法则如下:

反交换律

$$

\mathbf{a} \times \mathbf{b} = -\mathbf{b} \times \mathbf{a}

$$

加法的分配律

$$

\mathbf{a} \times (\mathbf{b} + \mathbf{c}) = \mathbf{a} \times \mathbf{b} + \mathbf{a} \times \mathbf{c}

$$

与标量乘法兼容

$$

r(\mathbf{a} \times \mathbf{b}) = (\mathbf{r} \cdot \mathbf{a}) \times \mathbf{b} = \mathbf{a} \times (\mathbf{r} \cdot \mathbf{b})

$$

不满足结合律,但满足雅可比恒等式

$$

\mathbf{a} \times (\mathbf{b} \times \mathbf{c}) + \mathbf{b} \times (\mathbf{c} \times \mathbf{a}) + \mathbf{c} \times (\mathbf{a} \times \mathbf{b}) = \mathbf{0}

$$

两个非零向量平行的条件

$$

\mathbf{a} \times \mathbf{b} = \mathbf{0} \quad \text{当且仅当} \quad \mathbf{a} \parallel \mathbf{b}

$$

叉积的模长

$$

|\mathbf{a} \times \mathbf{b}| = |\mathbf{a}| |\mathbf{b}| \sin \theta

$$

其中,$\theta$ 是向量 $\mathbf{a}$ 和 $\mathbf{b}$ 之间的夹角。

叉积的方向

叉积的结果向量垂直于 $\mathbf{a}$ 和 $\mathbf{b}$ 所构成的平面,并且其方向由右手定则确定。具体地,将右手的四指从 $\mathbf{a}$ 的方向开始,经过 $\mathbf{b}$ 的方向,大拇指所指的方向即为 $\mathbf{a} \times \mathbf{b}$ 的方向。

坐标表示

如果 $\mathbf{a} = (a_1, a_2, a_3)$ 和 $\mathbf{b} = (b_1, b_2, b_3)$,则

$$

\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)

$$

这些法则构成了向量叉积的基本定义和运算规则,广泛应用于几何、物理和工程领域。

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