Kalkulus multivariabel · Hasil kali silang

Hasil kali silang

Hasil kali silang a × b dari dua vektor dalam ruang adalah vektor yang tegak lurus terhadap keduanya, dengan panjang sama dengan luas jajargenjang yang direntangnya. Ketiga komponennya adalah luas bertanda bayangan jajargenjang itu pada tiga bidang koordinat.

Hasil kali silang dalam visualisasi ini

Hasil kali silang dua vektor a dan b dalam ruang adalah sebuah vektor, a × b. Panjangnya adalah luas jajargenjang yang direntang oleh keduanya; untuk vektor tak nol, luas itu adalah ∣a∣ ∣b∣sin⁡θ|a|\,|b|\sin\theta, dengan θ sudut di antara keduanya. Ketika luasnya bukan 0, a × b tegak lurus terhadap kedua vektor dan mengarah sesuai ibu jari kanan saat jari-jari lain melengkung dari a menuju b. Di sini Anda dapat memutar a dan b dalam ruangan dan melihat bayangan jajargenjang pada dinding, yang luas bertandanya ternyata memberi ketiga komponen a × b.

Hasil kali silang dalam koordinat, beserta panjangnya
a×b=(a2b3−a3b2,  a3b1−a1b3,  a1b2−a2b1),∣a×b∣=∣a∣ ∣b∣sin⁡θa \times 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), \qquad |a \times b| = |a|\,|b|\sin\theta

Proyeksikan jajargenjang tegak lurus ke bawah pada lantai. Bayangannya adalah jajargenjang yang direntang oleh (a1,a2)(a_1, a_2) dan (b1,b2)(b_1, b_2), dan luas bertandanya adalah determinan 2 × 2 a1b2−a2b1a_1 b_2 - a_2 b_1, yaitu komponen ketiga. Tandanya + jika putaran dari bayangan a menuju bayangan b berlawanan arah jarum jam saat dilihat dari atas. Kedua dinding bekerja dengan cara yang sama, masing-masing dilihat dari sisi yang ditunjuk sumbunya: bayangan pada dinding yz memberi komponen pertama, sedangkan pada dinding zx memberi komponen kedua. Bayangan dengan luas negatif ditelusuri searah jarum jam dan diberi arsiran.

Mengapa bayangan-bayangan itu membentuk vektor yang tegak lurus terhadap jajargenjang? Ambil jajargenjang dengan luas tak nol. Sebut luasnya A dan misalkan n adalah vektor satuan yang tegak lurus terhadapnya, menuju sisi yang dipilih aturan tangan kanan. Dilihat dari dinding dengan vektor normal satuan m, jajargenjang dimampatkan hanya dalam satu arah dengan faktor ∣n⋅m∣|n\cdot m|. Jadi bayangannya pada dinding itu memiliki luas bertanda A (n⋅m)A\,(n\cdot m). Bayangan pada satu dinding menggambarkan tampilan ini dengan angka saat ini. Normal ketiga dinding searah dengan tiga sumbu, sehingga ketiga bayangan bersama-sama menjadi

Luas bertanda ketiga bayangan sebagai satu vektor
(A n1,  A n2,  A n3)=A n=a×b(A\,n_1,\; A\,n_2,\; A\,n_3) = A\,n = a \times b

Ini adalah vektor searah n dengan panjang A. Rumus koordinat dan penjelasan geometris menyatakan hal yang sama.

Menukar urutan membalik arah penelusuran setiap bayangan, sehingga b × a = −(a × b): hasil kali silang tidak komutatif. Saat a dan b sejajar, atau salah satunya nol, jajargenjang menyusut menjadi ruas garis atau titik. Setiap bayangan memiliki luas 0, dan a × b = 0. Jika luasnya bukan 0, Dari depan melihat lurus sepanjang a × b sehingga bentuk asli jajargenjang terlihat. Dari tepi melihat sepanjang bidang jajargenjang, yang tampak sebagai garis tegak lurus terhadap a × b.

Tangan kanan adalah kesepakatan yang sesuai dengan sumbu ruangan yang berorientasi tangan kanan: putaran dari x ke y berlawanan arah jarum jam jika dilihat dari +z.

Hal yang perlu diperhatikan

  • Menukar urutan tidak memindahkan jajargenjang atau bayangannya. Hanya arah putaran, arsiran, dan panah yang berubah.
  • Bayangan melekat pada dinding, bukan pada kamera. Jika dilihat dari belakang dinding, bayangan yang ditelusuri berlawanan arah jarum jam tampak searah jarum jam di layar. Namun, tandanya tetap dibaca dari sisi yang ditunjuk sumbu dinding itu.

Konsep terkait