叉积与本页画面
空间中两个向量a、b的叉积是一个向量a × b。它的长度等于两者张成的平行四边形的面积,两个向量都不为零时,就是,θ是两者的夹角。这个面积不为0时,a × b同时垂直于a和b,方向按右手定则:右手四指从a弯向b,拇指所指就是a × b的方向。在这一页,你可以在一个房间里转动a和b,看平行四边形投在墙上的影子,这些影子恰好就是a × b的三个分量。
把平行四边形竖直投到地面上。它的影子是由和张成的平行四边形,带符号的面积是二阶行列式,也就是第三个分量。从上往下看,a的影子转到b的影子是逆时针时,符号为正。两面墙也一样,各从自己那根轴指向的一侧看:yz墙上的影子给出第一个分量,zx墙上的影子给出第二个分量。面积为负的影子是顺时针转的,页面给它画上斜线。
为什么这些影子合起来,是一个垂直于平行四边形的向量?设平行四边形没有压扁,面积为A,n是垂直于它、在右手定则那一侧的单位向量。从一面单位法向量为m的墙上看,平行四边形只在一个方向上被压扁,压成原来的倍,所以它在这面墙上的影子,带符号的面积是。“一面墙上的影子”按当前的数画出这个视角。三面墙的法向量就是三根坐标轴,所以三个影子合起来是
这是一个沿n、长为A的向量。坐标公式和几何描述说的是同一件事。
交换顺序,每个影子都反着转,所以b × a = −(a × b):叉积不满足交换律。a和b平行,或者其中一个是零向量时,平行四边形压成一条线段或一个点,每个影子的面积都是0,a × b = 0。面积不为0时,“正对板”顺着a × b看过去,平行四边形显出真实的形状;“侧看板”顺着平行四边形看过去,它成了一条线,和a × b垂直。
右手是一种约定,和房间里的右手坐标系相配:从+z一侧看,x转到y是逆时针。
值得注意
- 交换顺序时,平行四边形和它的影子都留在原处,变的只是转向、斜线和箭头。
- 影子属于墙,不属于相机。从墙的背面看,逆时针的影子在屏幕上像是顺时针的,但它的符号是从那根轴指向的一侧读的。