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dot product · a·b = |a||b|cosθ = x₁x₂+y₁y₂

数量积:用一个数刻画夹角与垂直

前面的加、减、数乘都把向量映到向量。数量积(dot product) aba\cdot b 则把两个向量映到一个。它有两种等价形式:几何式 ab=abcosθa\cdot b = |a||b|\cos θ(θ 是两向量的夹角),与坐标ab=x1x2+y1y2a\cdot b = x_1x_2 + y_1y_2。前者阐明其几何含义,后者便于直接计算。

数量积的几何含义是投影(projection)aba\cdot b 等于 ba 方向上的投影长度 |b|cosθ,再乘以 |a|。由此立刻得到两条常用结论:夹角 cosθ=ab/(ab)\cos θ = a\cdot b / (|a||b|);以及垂直判定 ab=0aba\cdot b = 0 ⟺ a ⊥ b(此时 cosθ = 0,θ = 90°)。

1 · 拖动两向量,对照两式、观察投影

ab=abcosθ=x1x2+y1y2a\cdot b = |a||b|\cos\theta = x_1 x_2 + y_1 y_2

拖动 ab 的端点(吸附到整数格)。画布画出 ba 上的投影向量与那条垂线,右下方并排给出几何式与坐标式两种算法——它们的结果始终相等。aba\cdot b符号直接给出夹角类型:为正是锐角、为负是钝角、为零则两向量垂直,此时读数会高亮。

投影长度 |b|cosθ带符号的:当夹角为钝角时 cosθ < 0,投影落在 a 的反方向一侧,投影长度为负,aba\cdot b 也随之为负。这正是数量积能一并区分「同向 / 垂直 / 反向」三种关系的原因——一个数里既有大小、又有正负号。