数学基础(2)

2019-04-13 18:47

特殊情况,简写为

,此时? =0,有,即矢量自身的点积为其模的平方。有时也

矢量的叉积(矢积)

两矢量 与 的叉积(或称为矢积)为一个矢量,记为 ,即

(1.2-8)

它的方向垂直于两矢量 与 构成的平面,且三矢量 、、 的正向依次遵循右手法则(见图1-1b)。定义矢量 的模为

(1.2-9)

其中? 为两矢量 与 的夹角。

(3)几何矢量的运算性质 加法运算遵循结合律与交换律

矢量的和运算遵循结合律与交换律,即有

结合律:交换律:

(1.2-4) (1.2-5)

矢量的点积的交换律 矢量的点积有交换律,即

(1.2-7)

矢量的叉积无交换律 矢量的叉积无交换律,但有

矢量的点积与叉积的分配律 矢量的点积与叉积有分配律,即

(1.2-10)

(4)一些有用的公式

由矢量的基本运算可以得到如下常用的较复杂的运算关系式:

(1.2-11) (1.2-12)

(1.2-13) (1.2-14)

式(1.2-13)左边称为三矢量的两重叉积,式(1.2-14)左边称为三矢量的混合积。 (5)矢量基(简称基)

矢量基的定义与基矢量的右旋正交性

图1-2 矢量基与基矢量

矢量的几何描述很难处理复杂的运算。通常采用比较多的是矢量的代数表达方法。为此首先需要构成一个参考空间,即用过点O 的三个正交的单位矢量

依次按右手法则(见图

1-2)构成一个坐标系,称之为矢量基(简称基)。点O 称为该矢量基的基点。这三个正交的单位矢量称为这个基的基矢量。根据三个基矢量的正交性,有如下的关系式

其中,??? 称为克罗内克(L. Kronecker )符号,即

(1.2-15) (1.2-16)

(1.2-17)

(?, ?=1,2,3)

而 ???? 称为李奇 (Ricci) 符号,即

(?, ?, ? =1, 2, 3,且 )

(1.2-18)

基的矢量列阵的表达,矢量列阵的运算

将基矢量 构成一个矢量列阵,即

(1.2-19)

它来表示这个矢量基。对于不同的基,在上加上标进行区分。例,基基b与基r,即

与基分别表示

,

矢量列阵是标量列阵的拓展。矢量阵运算的定义在形式上与一般的矩阵运算定义一致,只是在运算中将一个矢量作为一个标量元素处理。例如对于矢量阵与矢量,以下算式成立: 矢量与矢量阵的点积运算:

(1.2-20)

矢量与矢量阵的叉积运算:

(1.2-21)

矢量阵与矢量阵的点积运算:

(1.2-22)

矢量阵与矢量阵的叉积运算:

(1.2-23)

需要注意的是以上的算式中点积与叉积的运算符不能遗漏,对于叉积运算的次序不能交换。 考虑到3个基矢量的归一性和右旋正交性,(1.2-22)与(1.2-23)分别可化简为

(1.2-24)

(1.2-25)

1.2.2 矢量的代数描述

(1) 矢量在某基下的代数表达、坐标阵与坐标方阵

图1-3 矢量在基上的分矢量与坐标

在某个矢量基上,根据矢量和的定义,任意矢量可通过如图1-3所示三个矢量的和表示,其矢量运算表达式为

其中

(1.2-26)

分别为与基矢量方向一致的三个矢量,称它们为矢量在相应基矢量

上的三个分矢量,或简称为分量。三个标量系数 a1, a2, a3 分别称为矢量在三个基矢量上的坐标。它们分别为三个分矢量的模。这三个坐标构成一个标量列阵称为矢量在该矢量基上的坐标阵,记为

(1.2-27)

三个坐标还可定义一个反对称方阵,记为

(1.2-28)

称此方阵为矢量在该矢量基上的坐标方阵。不难验证,此坐标方阵成立

(1.2-29)


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