
【計】 triple scalar product
在矢量分析中,三重标積(Triple scalar product)是三個向量的混合運算形式,記作$mathbf{a} cdot (mathbf{b} times mathbf{c})$。其數學定義可表述為:先計算向量$mathbf{b}$與$mathbf{c}$的叉積,再将結果與向量$mathbf{a}$進行點積。該運算結果是一個标量值,具有以下核心特性:
幾何意義
三重标積的絕對值等于由這三個向量構成的平行六面體的體積。當三個向量構成右手系時,計算結果為正;若為左手系則為負。這一性質在工程力學和計算機圖形學中被廣泛用于空間體積計算。
代數表達式
在笛卡爾坐标系中,可用行列式表示為: $$ mathbf{a} cdot (mathbf{b} times mathbf{c}) = begin{vmatrix} a_x & a_y & a_z b_x & b_y & b_z c_x & c_y & c_z end{vmatrix} $$ 這一表達式與線性代數中的行列式性質直接相關。
輪換對稱性
滿足循環置換不變性:$mathbf{a} cdot (mathbf{b} times mathbf{c}) = mathbf{b} cdot (mathbf{c} times mathbf{a}) = mathbf{c} cdot (mathbf{a} times mathbf{b})$。但交換任意兩個向量會改變符號,例如$mathbf{a} cdot (mathbf{b} times mathbf{c}) = -mathbf{a} cdot (mathbf{c} times mathbf{b})$。
物理應用
在電磁場理論中,該運算用于計算磁場能量密度;在連續介質力學中,則用于應變張量分析。其标量特性使其在守恒量計算中具有特殊優勢。
參考文獻:
《矢量分析與張量計算》,高等教育出版社
MIT OpenCourseWare《工程數學》課程講義
Wolfram MathWorld向量運算條目
《電磁場與電磁波》第4版,John Wiley & Sons出版
三重标積(又稱混合積)是向量代數中的一個重要概念,涉及三個向量的運算。以下從幾何和代數角度詳細解釋其意義:
定義與表達式
三重标積由三個向量 (vec{a})、(vec{b})、(vec{c}) 組成,表達式為 (vec{c} cdot (vec{a} times vec{b}))。它先計算向量 (vec{a}) 和 (vec{b}) 的叉積,再将結果與 (vec{c}) 進行點積,最終得到一個标量值。
幾何意義
三重标積的絕對值等于以 (vec{a})、(vec{b})、(vec{c}) 為鄰邊的平行六面體的體積。具體來說:
符號判斷與右手法則
符號的正負由向量的方向決定,符合右手螺旋定則:将 (vec{a})、(vec{b}) 作為基底平面,若 (vec{c}) 在該平面法向量的正向側,則值為正,反之為負。
應用示例
數學性質
三重标積滿足輪換對稱性,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})
]
交換任意兩個向量會改變符號,例如 (vec{a} cdot (vec{b} times vec{c}) = -vec{a} cdot (vec{c} times vec{b}))。
通過以上分析可知,三重标積不僅是一個代數運算工具,更直觀地反映了三維空間中向量組的幾何關系。
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