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对偶性:
数值计算方式:
几何含义:
叉积的顺序不可交换:
不严谨的二维叉积的计算方式:
严格的叉积定义是,两个三维向量产生新的三维向量:
从多维空间变换到一维空间的过程中,可以找到一个向量使得整个变换可以看作与这个特定向量的点积。也即对偶性质。
那么,我们定义这样的寻找计划:
回顾一下二维情况下不严谨的叉积计算:
很自然的,如果我们想要外推到三维情况下,就会这么想(先声明这是不对的):
但显然,这是不对的,因为这并不是三维的叉积,三维的叉积只会输入两个向量,而输出一个向量。然而,我们借助这种直观但错误的想法,不妨将 u ⃗ \vec{u} u看作可变向量,进而收获一个函数(注意,这是理解叉积的关键):
我们知道,这个函数是线性的,也就是说,我们可以找到一个向量
p
⃗
\vec{p}
p使得
p
⃗
\vec{p}
p与其他任何一个向量的点积等于一个3×3矩阵的行列式:
我们现在考虑计算过程:
将上式进行整理,可以得到:
只是我们可以发现该过程跟直接加上
i
^
\hat{i}
i^、
j
^
\hat{j}
j^和
k
^
\hat{k}
k^并无区别:
再考虑几何过程。
我们首先定义一个三维空间到数轴的线性变换,且该变换由
v
⃗
\vec{v}
v和
w
⃗
\vec{w}
w来定义,此时,我们可以找到一个对偶向量,使得应用该变换与直接与对偶向量形成等价关系。
在几何角度上,我们可以认为这个对偶向量,一定与
v
⃗
\vec{v}
v和
w
⃗
\vec{w}
w垂直,且长度与这两个向量张成的平行四边形的面积相同。
为什么呢?
因为,我们可以知道等式右边的行列式就代表着平行六边形的体积,而点积代表着投影长度与向量长度的乘积,那要等式成立,要找的对偶向量就应该是长度为平行四边形的面积,且方向垂直于平行四边形。
我们之前通过数值方式所找到的向量
p
⃗
\vec{p}
p与几何角度上找到的向量是完全一致的。
至此,我们就完成了对偶向量
p
⃗
\vec{p}
p的寻找。