叉乘,也称为向量积或外积,是向量运算的一种。给定两个三维向量 ( vec{a} ) 和 ( vec{b} ),它们的叉乘 ( vec{a} times vec{b} ) 是一个新的向量,其分量可以通过以下公式计算:
[
vec{a} times vec{b} = left| begin{array}{ccc}
vec{i} & vec{j} & vec{k}
a_1 & a_2 & a_3
b_1 & b_2 & b_3
end{array} right|
]
其中 ( vec{i} )、( vec{j} ) 和 ( vec{k} ) 分别是 x、y、z 轴的单位向量,而 ( a_1, a_2, a_3 ) 和 ( b_1, b_2, b_3 ) 分别是向量 ( vec{a} ) 和 ( vec{b} ) 的分量。
根据行列式展开,叉乘的分量计算如下:
[
vec{a} times vec{b} = (a_2b_3 - a_3b_2)vec{i} - (a_3b_1 - a_1b_3)vec{j} + (a_1b_2 - a_2b_1)vec{k}
]
叉乘的结果向量 ( vec{a} times vec{b} ) 的模(长度)可以通过以下公式计算:
[
|vec{a} times vec{b}| = | vec{a} | | vec{b} | sin theta
]
其中 ( | vec{a} | ) 和 ( | vec{b} | ) 分别是向量 ( vec{a} ) 和 ( vec{b} ) 的模,( theta ) 是向量 ( vec{a} ) 和 ( vec{b} ) 之间的夹角。
叉乘的方向可以用“右手法则”确定:伸出右手,四指指向 ( vec{a} ) 的方向,然后四指弯曲到 ( vec{b} ) 的方向,此时拇指指向的方向就是 ( vec{a} times vec{b} ) 的方向。
需要注意的是,叉乘不满足交换律,即 ( vec{a} times vec{b} = - vec{b} times vec{a} ),但满足反交换律,即 ( vec{a} times vec{b} = vec{b} times vec{a} ) 当 ( vec{a} ) 和 ( vec{b} ) 交换时。
叉乘在物理学中有广泛应用,例如在计算力矩和磁场等