叉乘
两个向量
则
显然两个向量的叉乘垂直于这两个向量所在的平面,模长为两个向量构成的平行四边形的面积:
$ | \vec{a} \times \vec{b} | = |\vec{a}| |\vec{b}| sin<\vec a, \vec b>$
常用公式
公式总结
设
- 反交换律(反对称性)
- 分配律
- 数乘结合律
- 自叉乘为零
- 平行判定
- 混合积(标量三重积)
其几何意义为以
- 三重叉积(BAC-CAB 法则)
- 拉格朗日恒等式(四重积)
- 叉乘模长
推导过程
1. 反交换律
由行列式性质:交换两行,行列式变号。叉乘可写作
后者交换了第二、三行,故
2. 分配律
设
另一条分配律由反交换律即可推出。
3. 数乘结合律
同理可证
4. 自叉乘为零
当
5. 平行判定
由
6. 混合积
由行列式的循环性质,轮换三行(偶数次交换)值不变:
7. 三重叉积(BAC-CAB 法则)
先计算
整理每个分量,例如第一分量:
配凑
即第一分量为
8. 拉格朗日恒等式
由混合积的交换性质:
对括号内应用 BAC-CAB 法则:
代入得
9. 叉乘模长
由拉格朗日恒等式令
再由
开方即得
叉乘的求导
设
常向量与变向量叉乘的求导
推导过程: 由导数的定义及叉乘对数的线性性(数乘结合律与分配律),
第二条同理,注意常数向量在右边时求导结果中导数项在前(顺序不能交换)。
两个变向量叉乘的求导
推导过程: 由导数定义
分子中减去并加上交叉项
由
注意:由于叉乘不满足交换律(反交换),上式两项的顺序不可交换,否则会差一个负号。
