
【计】 triple scalar product
在矢量分析中,三重标积(Triple scalar product)是三个向量的混合运算形式,记作$mathbf{a} cdot (mathbf{b} times mathbf{c})$。其数学定义可表述为:先计算向量$mathbf{b}$与$mathbf{c}$的叉积,再将结果与向量$mathbf{a}$进行点积。该运算结果是一个标量值,具有以下核心特性:
几何意义
三重标积的绝对值等于由这三个向量构成的平行六面体的体积。当三个向量构成右手系时,计算结果为正;若为左手系则为负。这一性质在工程力学和计算机图形学中被广泛用于空间体积计算。
代数表达式
在笛卡尔坐标系中,可用行列式表示为: $$ mathbf{a} cdot (mathbf{b} times mathbf{c}) = begin{vmatrix} a_x & a_y & a_z b_x & b_y & b_z c_x & c_y & c_z end{vmatrix} $$ 这一表达式与线性代数中的行列式性质直接相关。
轮换对称性
满足循环置换不变性:$mathbf{a} cdot (mathbf{b} times mathbf{c}) = mathbf{b} cdot (mathbf{c} times mathbf{a}) = mathbf{c} cdot (mathbf{a} times mathbf{b})$。但交换任意两个向量会改变符号,例如$mathbf{a} cdot (mathbf{b} times mathbf{c}) = -mathbf{a} cdot (mathbf{c} times mathbf{b})$。
物理应用
在电磁场理论中,该运算用于计算磁场能量密度;在连续介质力学中,则用于应变张量分析。其标量特性使其在守恒量计算中具有特殊优势。
参考文献:
《矢量分析与张量计算》,高等教育出版社
MIT OpenCourseWare《工程数学》课程讲义
Wolfram MathWorld向量运算条目
《电磁场与电磁波》第4版,John Wiley & Sons出版
三重标积(又称混合积)是向量代数中的一个重要概念,涉及三个向量的运算。以下从几何和代数角度详细解释其意义:
定义与表达式
三重标积由三个向量 (vec{a})、(vec{b})、(vec{c}) 组成,表达式为 (vec{c} cdot (vec{a} times vec{b}))。它先计算向量 (vec{a}) 和 (vec{b}) 的叉积,再将结果与 (vec{c}) 进行点积,最终得到一个标量值。
几何意义
三重标积的绝对值等于以 (vec{a})、(vec{b})、(vec{c}) 为邻边的平行六面体的体积。具体来说:
符号判断与右手法则
符号的正负由向量的方向决定,符合右手螺旋定则:将 (vec{a})、(vec{b}) 作为基底平面,若 (vec{c}) 在该平面法向量的正向侧,则值为正,反之为负。
应用示例
数学性质
三重标积满足轮换对称性,即:
[
vec{a} cdot (vec{b} times vec{c}) = vec{b} cdot (vec{c} times vec{a}) = vec{c} cdot (vec{a} times vec{b})
]
交换任意两个向量会改变符号,例如 (vec{a} cdot (vec{b} times vec{c}) = -vec{a} cdot (vec{c} times vec{b}))。
通过以上分析可知,三重标积不仅是一个代数运算工具,更直观地反映了三维空间中向量组的几何关系。
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