一、向量叉積
兩個向量 u u u、 v v v的叉積寫作 u × v = n ∥ u ∥ ∥ v ∥ s i n θ \mathbf{u \times v = n \left \| u \right \| \left \| v \right \| sin\theta } u×v=n∥u∥∥v∥sinθ
式中, n n n: 與 u u u、 v v v均垂直的單位向量,theta是兩向量的夾角。
叉積的w長度可以解釋成以 u u u、 v v v為邊的四邊形的面積。同樣,三重積是以 u u u、 v v v、 w w w為邊的平行六面體的體積。
二、向量的旋向
設平面內兩向量 P 1 = ( x 1 , y 1 ) P_{1} =(x_1, y_1) P1?=(x1?,y1?), P 2 = ( x 2 , y 2 ) P_{2} =(x_2, y_2) P2?=(x2?,y2?)。由叉積定義,兩向量叉積的模是原點o、 P 1 P_1 P1?、 P 2 P_2 P2?組成的平行四邊形的帶符號的面積:
即: C = ∥ P 1 × P 2 ∥ = ∣ x 1 y 1 x 2 y 2 ∣ = x 1 y 2 ? x 2 y 1 C=\left \| P_1\times P_2 \right \| = \begin{vmatrix} x_1 & y_1\\ x_2 & y_2 \end{vmatrix} = x_1y_2-x_2y_1 C=∥P1?×P2?∥= ?x1?x2??y1?y2?? ?=x1?y2??x2?y1?
叉積一個非常重要的性質是可以通過其模 C C C的符號判斷兩向量相互之間的順時針、逆時針關系:
- C>0, 則 P 2 P_2 P2?在 P 1 P_1 P1?的逆時針方向;
- C<0, 則 P 2 P_2 P2?在 P 1 P_1 P1?的順時針方向;
- C>0, 則 P 2 P_2 P2?與 P 1 P_1 P1?共線,可能同向也可能反向;
三、折線段的拐向
折線段的拐向判斷方法可以直接由向量叉積的性質推出。設 P 1 ( x 1 , y 1 ) P_1(x_1, y_1) P1?(x1?,y1?)、 P 2 ( x 2 , y 2 ) P_2(x_2, y_2) P2?(x2?,y2?)、 P 3 ( x 3 , y 3 ) P_3(x_3, y_3) P3?(x3?,y3?),對于有公共端點 P 2 P_2 P2?的線段 P 1 P 2 P_1P_2 P1?P2?、 P 2 P 3 P_2P_3 P2?P3?,通過計算 C = ∥ ( P 2 ? P 1 ) × ( P 3 ? P 2 ) ∥ C=\left \| (P_2-P_1)\times \right (P_3-P_2)\| C=∥(P2??P1?)×(P3??P2?)∥的符號便可確定折線的拐向。
- 若C>0, P 1 P 2 P_1P_2 P1?P2?在 P 2 P_2 P2?點逆時針旋轉后得到 P 2 P 3 P_2P_3 P2?P3?,此時 P 2 P_2 P2?是凸點
- 若C<0, P 1 P 2 P_1P_2 P1?P2?在 P 2 P_2 P2?點順時針旋轉后得到 P 2 P 3 P_2P_3 P2?P3?,此時 P 2 P_2 P2?是凹點
- 若C=0, P 1 、 P 2 、 P 3 P_1、P_2、P_3 P1?、P2?、P3?三點共線