所谓点乘(也常称作内积),数学定义如下:
点乘只是表达这个结果的一种方式,符号不重要,叫法也不重要,我可以叫点乘,内积,也可以叫\"相乘\",定义\"#\"字符代替“ ·” 符号都可以,只是人们约束习惯这么这么写,那我们就也都这么写。而且,也不要纠结为什么是这么定义,没有为什么,人们就是这么“龟腚”这个公式的,我们要研究的是这个规定到底能干嘛?有啥具体意义? a.点乘的具体几何意义:
根据公式,我们可以得出 a·b=|a| |b|cosθ 我试着证明为什么会是这样(为了能让大家看的方便,我将向量标为蓝色,具体长度标为红色):
定义向量 c = a - b 这样就形成了一个封闭的三角形,c向量为他的第三边
由于余弦定理我们可以知道c² = a² + b² - 2abcos(θ) (这里的a,b,c全部都是每一边的具体长度) 根据定义我们可以推导出c·c=c²(有兴趣的朋友可以去试着推导一下) 所以: c·c = a·a + b·b - 2abcos(θ)
因为向量的点乘满足分配率:a·(b+c)=a·b+a·c c = a - b
c·c = (a -b)·(a - b) c·c = (a·a - 2a·b + b·b)
(a·a - 2a·b + b·b) = a² + b² - 2abcos(q) 约掉 a·a=a²,b·b=b²; -2a·b = -2abcos(θ) a·b = abcos(θ) 因为 a=|a|
所以 a·b=|a| |b|cosθ
跟据这个公式,我们能拿到两个向量之间的夹角,这对于判断两个向量是否同一方向,是否正交(也就是垂直),很有用处。具体判断如下:
a·b>0 方向基本相同,夹角在0°到90°之间 a·b=0 正交
a·b<0 方向基本相反,夹角在90°到180°之间
所 以,点乘的几何意义和用处就是计算两个向量之间的夹角,以及在某一方向上的投影。至于为什么要判断两个向量是否方向一致,这在3D中很有用处。比如:3D技术中的光栅化(光栅化的 任务是为了绘制每个三角形单元,如何计算构成三角形单元的每个像素的颜色值)过程中,我们可以根据两个面的法向量的点乘判断两个面是否处于同一面,如果不 是,那么只要光栅化其中需要显示出来的一面,而另一面我们就不用光栅化它(因为我们根本看不到被遮住的面),这样就节省了很多很多计算,能加快效率。
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少年易学老难成,一寸光阴不可轻 -
向量的叉乘(也叫做叉积)
为什么是这样,上面已经说过,规定就这样。 同样,我们给出叉乘的几何解释:
在3维几何中,我们可以一眼看出来,叉乘的结果也是一个向量,而且这个向量不是一般的向量,而是大名鼎鼎的\"法向量\",3D技术中法向量有多重要我就不吹了,反正是个VIP概念。
在2维集合中,axb等于由向量组成的平行四边形的面积(证明很简单,你们可以自己试着证明) 总之:向量的叉积最重要的应用就是创建垂直于平面,三角形,或者多边形的向量。
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