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) 则把两个向量映到一个数。它有两种等价形式:几何式 (θ 是两向量的夹角),与坐标式 。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):
等于 b 在 a 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
;以及垂直判定
(此时 cosθ = 0,θ = 90°)。
1 · 拖动两向量,对照两式、观察投影
拖动 a、b 的端点(吸附到整数格)。画布画出 b 在 a 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。
的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 是带符号的: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,
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。