高二下📐 空間與形狀
外積與體積
Cross Product and Volume
公式
|a×b| = |a||b|sinθ = 平行四邊形面積
外積的結果是一個向量,方向垂直於兩者、長度等於平行四邊形面積。
白話解釋
內積吐出一個數,**外積吐出一個向量**——這是兩者最根本的差別。
a × b 的方向**同時垂直於 a 和 b**(用右手定則決定朝哪一邊),長度是 **|a||b|sin θ**,而這個值剛好是 a、b 張出的**平行四邊形面積**。
所以外積有兩個直接應用: **求法向量**:需要一個同時垂直於兩向量的方向時(例如求平面方程式),算外積就對了。 **求面積**:平行四邊形面積 = |a×b|,三角形面積 = (1/2)|a×b|。
注意外積**不滿足交換律**:a×b = −(b×a),交換順序方向會反過來。這跟內積很不一樣。另外兩向量平行時外積為零向量(sin 0 = 0)。
再往上一層是**純量三重積** |(a×b)·c|,它等於三個向量張出的**平行六面體體積**。除以 6 就是四面體體積。
判斷三向量是否共面也用它:三重積為 0 就代表三者共面(張不出立體,體積是 0)。
什麼時候用
求平面法向量、算面積與體積、物理的力矩與磁力。
最容易錯的地方
- 把外積的結果當成純量。
- 交換順序卻沒變號。
- 三角形面積忘記除以 2。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
|a| = 3、|b| = 4、夾角 30°,|a×b| = ?
- 2
|a×b| = 10,由 a、b 張出的三角形面積是多少?
- 3
兩向量平行時,外積的長度是多少?