• 三元积的性质


    三元积形如$U\cdot V\times W$.

    性质1:

    $U\cdot(V\times W)=(U\times V)\cdot W$

    这个式子的几何意义是清楚的,它们只是计算平行四边形体积的不同方法,因此是相等的.可以用行列式来证明它:

    设X轴上的单位向量是$i$,Y轴上的单位向量是$j$,Z轴上的单位向量是$k$.


    设$V=v_1i+v_2j+v_3k,W=w_1i+w_2j+w_3k,U=u_1i+u_2j+u_3k$.则
    $$
    V\times W=
    \begin{vmatrix}
    i&j&k\\
    v_1&v_2&v_3\\
    w_1&w_2&w_3
    \end{vmatrix}
    $$
    $$
    U\cdot(V\times W)=
    \begin{vmatrix}
    u_1&u_2&u_3\\
    v_1&v_2&v_3\\
    w_1&w_2&w_3
    \end{vmatrix}
    $$
    把第二个行列式第一行和第三行互换,再把第二行和第三行互换,可得行列式的值不变,因此等式成立.


    性质2:

    计算向量三重积$U\times (V\times W)$.

    向量三重积有一个公式,是
    $$U\times (V\times W)=(U\cdot W)V-(U\cdot V)W$$

    为了证明这个公式,我们仿照向量积满足分配律中使用的方法,将三个向量放在特殊的位置.使得$V$放在X轴上,$W$放在X-Y平面上,$U$放在随便哪个地方.设$V=ai,W=bi+cj,U=di+ej+fk$.则
    $$U\times (V\times W)=(di+ej+fk)\times (ai\times (bi+cj))=(di+ej+fk)\times (ack)=-dacj+eaci=(U\cdot W)V-(U\cdot V)W$$

    这已经是最一般的情况,验证完毕.

    注:我认为,向量积中最重要的还不是向量积的行列式表达式,而是这样的一种方法:把每个向量写成分量的形式,配合向量积的分配律解决问题.这里之所以把向量放在特殊的位置是为了简化运算.

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