向量運算


1.零向量

加性單位元:滿足y+x=y

n維向量集合的加性單位元就是n維零向量

運算法則:例如3d零向量表示為:[0,0,0]

幾何解釋:沒有位移

2.負向量

運算法則:

每個分量都變負

數學表達:

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幾何解釋:

向量變負,將得到一個和原來向量大小相等,方向相反的向量。

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3.向量的大小(長度和模)

運算法則:

n維向量大小計算公式為

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幾何解釋:

2d中任意向量v能構造一個以v為斜邊的直角三角形如下圖所示

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4.標量與向量乘法

運算法則:

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幾何解釋:

效果是以因子|k|縮放向量的長度,例如想讓向量長度增加倍,應使向量乘以2

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標准化向量

運算法則:

向量除以它的大小(模)即可。

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幾何解釋:

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向量的加法和減法

運算法則:

加法

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減法解釋為加負向量

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幾何解釋:

向量a+b解釋為:使a的頭連接b的尾,接着從a的尾向b的頭畫一個向量。這就是向量加法的“三角形法則”

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三角形法擴展到多個向量

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一個點到另一個點的向量

計算一個點到另一個點的位移是一種非常普遍的要示,可以使用三角形法則和向量減法來解釋這個問題。

 

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距離公式:

說明:等於一個點到另一個點的向量的長度。

運算法則:

先求兩點構成的向量d

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再計算d的模

||d||

向量點乘

運算法則:

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幾何解釋:

點乘結果描述了兩個向量的“相似”程序,點乘結果越大,兩向量越相近。

 

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點乘等於向量大小與向量加角的cos值的積

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解得:

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如果a,b是單位向量就可能避免上述公式中的余法運算

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如果不需要夾角的確切值只需要a和b的夾角類型,可以取用點乘結果的符號,如下圖所示

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向量投影

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我們用點乘計算投影,下圖給出和幾何解釋

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當然,如果n是單位向量,除法就不必要了

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向量叉乘

運算法則:

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幾何解釋:

叉乘得到的向量垂直與原來兩個向量

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圖中,向量a和b在一個平面中。向量a * b 指向該平面的正上方,垂直於a和b

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