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点积


DotProduct

点积可以定义为两个向量 XY

 X·Y=|X||Y|costheta,
(1)

其中 theta 是向量之间的,|X| 是范数。由此立即得出,如果 X 垂直于 垂直Y,则 X·Y=0。因此,点积的几何解释为当两个向量被放置使其尾部重合时,X单位向量 Y^^ 上的投影的长度。

通过写作

A_x=Acostheta_A    B_x=Bcostheta_B
(2)
A_y=Asintheta_A    B_y=Bsintheta_B,
(3)

由此得出 (1) 产生

A·B=ABcos(theta_A-theta_B)
(4)
=AB(costheta_Acostheta_B+sintheta_Asintheta_B)
(5)
=Acostheta_ABcostheta_B+Asintheta_ABsintheta_B
(6)
=A_xB_x+A_yB_y.
(7)

所以,一般来说,

X·Y=sum_(i=1)^(n)x_iy_i
(8)
=x_1y_1+...+x_ny_n.
(9)

这可以使用爱因斯坦求和约定非常简洁地写成

 X·Y=x_iy_i.
(10)

点积在 Wolfram 语言中实现为Dot[a, b],或者简单地使用句点,a . b

点积是可交换的

 X·Y=Y·X,
(11)

可分配的

 X·(Y+Z)=X·Y+X·Z.
(12)

结合律对于点积没有意义,因为 (a·b)·c 未定义,因为 a·b 是一个标量,因此它本身不能进行点积运算。然而,它确实满足以下性质

 (rX)·Y=r(X·Y)
(13)

对于标量 r

向量点积的导数

 d/(dt)[r_1(t)·r_2(t)]=r_1(t)·(dr_2)/(dt)+(dr_1)/(dt)·r_2(t).
(14)

点积在旋转下是不变的

A^'·B^'=A_i^'B_i^'
(15)
=a_(ij)A_ja_(ik)B_k
(16)
=(a_(ij)a_(ik))A_jB_k
(17)
=delta_(jk)A_jB_k
(18)
=A_jB_j
(19)
=A·B,
(20)

其中使用了爱因斯坦求和约定

点积也称为标量积和内积。在后一种上下文中,通常写成 <a,b>。点积也为张量 AB 定义为

 A·B=A^alphaB_alpha.
(21)

因此对于四向量 a_mub_mu,它定义为

a_mu·b_mu=a_mub^mu
(22)
=a^0b^0-a^1b^1-a^2b^2-a^3b^3
(23)
=a^0b^0-a·b,
(24)

其中 a·b 是通常的三维点积。


另请参阅

叉积, 爱因斯坦求和约定, 四向量范数, 内积, 外积, 垂直点积, 向量, 向量乘法, 楔积 在 MathWorld 课堂中探索此主题

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Arfken, G. "Scalar or Dot Product." §1.3 in Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 13-18, 1985.Jeffreys, H. and Jeffreys, B. S. "Scalar Product." §2.06 in Methods of Mathematical Physics, 3rd ed. Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 65-67, 1988.

在 Wolfram|Alpha 中被引用

点积

如此引用

Weisstein, Eric W. "点积。" 来自 MathWorld--一个 Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/DotProduct.html

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