Iloczyn mieszany
Iloczyn mieszany – działanie określone dla trzech wektorów trójwymiarowej przestrzeni euklidesowej jako iloczyn skalarny jednego z nich przez iloczyn wektorowy dwóch pozostałych. Jeśli więc są dowolnymi wektorami to ich iloczyn mieszany ma postać:
Ponieważ zachodzą tożsamości
więc każde z powyższych trzech wyrażeń może być użyte w definicji iloczynu mieszanego[1].
Za pomocą symbolu Leviego-Civity iloczyn mieszany można określić wzorem (w konwencji sumacyjnej Einsteina)
Interpretacja geometryczna
- Zobacz też: orientacja i wyznacznik.
W dodatnio zorientowanym układzie współrzędnych iloczyn mieszany opisuje objętość równoległościanu rozpiętego przez dane trzy wektory. Jeśli orientacja przestrzeni nie jest narzucona, to wspomniana objętość również jest zorientowana w tym sensie, iż zależy ona od kolejności wektorów (parzystości ich permutacji). Zmiana orientacji powoduje zmianę znaku iloczynu, w związku z tym iloczyn mieszany nie jest skalarem, a raczej pseudoskalarem (iloczyn wektorowy jest pseudowektorem, a iloczyn skalarny dwóch wektorów jest skalarem, zaś iloczyn skalarny pseudowektora i wektora jest pseudoskalarem). Wynika stąd także, że zmiana kolejności wektorów w iloczynie wektorowym zmienia znak iloczynu mieszanego (iloczyn skalarny jest przemienny i nie wpływa na znak iloczynu mieszanego),
Iloczyn mieszany można traktować jako jeszcze jedno oznaczenie wyznacznika: iloczyn mieszany trzech wektorów jest równy ich wyznacznikowi bądź wyznacznikowi macierzy stopnia 3 z wektorami zapisanymi w niej wierszowo bądź kolumnowo (transponowanie macierzy nie zmienia wyznacznika),
gdzie wielkość ta jest niezmiennicza ze względu na obroty. Stąd iloczyn mieszany ma wszystkie własności wyznacznika, w tym wieloliniowość i alternacyjność; jest więc unormowaną formą objętości.
Wektory są współpłaszczyznowe wtedy i tylko wtedy, gdy ich iloczyn mieszany jest równy zeru, gdyż „równoległościan” przez nie wyznaczony jest wtedy płaski (zdegenerowany) i nie ma objętości. Ponadto
Zachodzi także następująca własność:
Iloczyn zewnętrzny
- Osobne artykuły: algebra zewnętrzna i algebra geometryczna.
W algebrach zewnętrznej i geometrycznej iloczyn zewnętrzny dwóch wektorów jest dwuwektorem, czyli zorientowanym elementem płaszczyzny, podczas gdy iloczyn zewnętrzny trzech wektorów to trójwektor, czyli zorientowany element objętości; są to naturalne uogólnienia wektora jako zorientowanego elementu prostej. Dla danych wektorów ich iloczyn zewnętrzny
jest trójwektorem, tzn. pseudoskalarem dualnym do iloczynu mieszanego, o wartości równej iloczynowi mieszanemu (nawiasy pominięto, ponieważ iloczyn zewnętrzny jest łączny, choć nie jest przemienny). Trójwektorowi odpowiada równoległościan rozpięty przez wektory gdzie dwuwektorom odpowiadają równoległoboczne ściany równoległościanu.
Przypisy
- ↑ Iloczyn mieszany wektorów, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2021-07-30] .
- p
- d
- e
Wektory i działania na nich | |
---|---|
Układy wektorów i ich macierze | |
Wyznaczniki i miara układu wektorów |
|
Przestrzenie liniowe | |
Iloczyny skalarne | |
Pojęcia zaawansowane | |
Pozostałe pojęcia |
|
Powiązane dyscypliny | |
Znani uczeni |
- p
- d
- e
forma liniowa | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
formy dwuliniowe i półtoraliniowe | |||||||
iloczyny skalarne |
| ||||||
formy kwadratowe | |||||||
tensory |
|
- PWN: 3914169
- Catalana: 0203806