向量的数量积(又称点积)是一种在向量空间中定义的二元运算,其结果是一个实数。对于两个非零向量 a和 b,它们的数量积定义为:
\[ a \cdot b = |a| \times |b| \times \cos \theta \]
其中:
\( |a| \) 和 \( |b| \) 分别是向量 a和 b的模(长度)。
\( \theta \) 是向量 a和 b之间的夹角,取值范围是 \( 0 \leq \theta \leq \pi \)。
数量积的几何意义是:向量 a在向量 b方向上的投影与向量 b在向量 a方向上的投影的乘积。具体地,如果向量 a和 b的坐标分别是 \( (a_1, a_2, \ldots, a_n) \) 和 \( (b_1, b_2, \ldots, b_n) \),则它们的数量积可以表示为:
\[ a \cdot b = a_1 b_1 + a_2 b_2 + \ldots + a_n b_n \]
此外,数量积具有以下性质:
交换律:
\( a \cdot b = b \cdot a \)
分配律:
\( a \cdot (b + c) = a \cdot b + a \cdot c \)
数乘的结合律:
\( (\lambda a) \cdot b = \lambda (a \cdot b) \)
零向量性质:
\( \mathbf{0} \cdot \mathbf{a} = 0 \)
自身数量积:
\( a \cdot a = |a|^2 \)
垂直性质:
如果 \( a \perp b \),则 \( a \cdot b = 0 \)
这些性质使得数量积在向量运算和几何问题中非常有用,例如在计算向量之间的夹角、判断向量是否垂直、以及求解向量的投影等。