1.2.1 标量和矢量
- 格式:ppt
- 大小:1008.50 KB
- 文档页数:37
第一章知识点整理1.1质点参考系和坐标系1.质点:(1)定义:研究中用来代替物体的“有质量的点”。
(2)质点的简化条件:①物体的大小和形状对所研究的问题影响可以忽略不计;②物体做平动时,各点运动情况完全相同时。
2.参考系(1)定义:观察物体的位置及其随时间变化时用来作参考(假定为不动)的“其他物体”。
描述一个物体的运动,必须选择参考系。
(2)特点:①参考系的选择是任意的,以观测和描述物体的运动尽可能简单为原则。
研究地面上物体的运动,常常选择地面为参考系。
②参考系本身可以是运动的,也可以是静止的,一旦选定后,便假设为不动的。
(化身参考系)③选择不同的参考系研究同一物体的运动,结果往往是不同的。
3.坐标系几个要素:原点、单位长度、正方向、数字、物理量的符号和单位。
1.2时间和位移1.时间(1)时刻t:是指某一瞬间,没有长短意义。
例如:第3秒末、第1秒初。
(2)时间间隔△t:是指两时刻间的一段间隔,有长短意义。
例如:前3s、3s内、第3s内、最后1s。
➢在时间轴上,时刻对应时间轴上的点,时间间隔对应时间轴上的线段。
2.位移(1)定义:从初位置指向末位置的有向线段。
表示物体位置的变化。
(2)三要素:方向、直线、长度。
3.矢量和标量(1)矢量:既有大小又有方向的物理量。
如:位移,速度,力。
(2)标量:只有大小,没有方向的物理量。
如:路程,时间、温度、质量。
4.直线运动的位置和位移位置x: 初位置x1 ,末位置x2位移(位置的变化量):末位置-初位置x: x =x1 - x2x绝对值:位移的大小;x正负:位移的方向。
1.3运动快慢的描述——速度1.速度(1)定义:位移与发生这个位移所用时间的比值。
(2)定义式:txv ∆∆=单位:m/s km/h cm/s 1m/s=3.6km/h (3)速度是矢量。
(4)速度的大小在数值上等于单位时间内物体位移的大小;速度的方向与物体位移的方向相同,即物体运动的方向。
2.平均速度(1)定义:位移与发生这个位移所用时间的比值,叫做物体在这段时间(或这段位移)内的平均速度。
物理中常见的矢量和标量1.引言1.1 概述矢量和标量是物理学中常见的概念。
在物理学中,我们经常需要描述和测量物体的某些特性或属性,而这些特性或属性可以被分为两类:矢量和标量。
矢量是有大小和方向的量。
它们可以用箭头表示,箭头的长度表示量的大小,箭头的方向表示量的方向。
例如,速度、力、位移和加速度等都是矢量量,它们除了有大小之外还有方向。
与此相反,标量是只有大小而没有方向的量。
标量只有数值大小,没有箭头来表示方向。
例如,时间、质量、温度和能量等都是标量量,它们只有一个数值大小而没有具体的方向。
矢量和标量在物理学中有着广泛的应用。
在运动学中,我们可以使用矢量来描述物体的运动状态,例如速度矢量可以告诉我们物体的速度和方向。
在力学中,矢量可以用来描述物体所受的力和力的作用方向。
在电磁学中,电场和磁场都可以用矢量来描述。
总结起来,物理学中常见的矢量和标量分别指的是有大小和方向的量以及只有大小而没有方向的量。
它们在描述和测量物理现象中起着关键的作用。
在接下来的文章中,我们将详细讨论矢量和标量的定义、特点以及它们在物理学中的应用。
文章结构部分的内容可以如下编写:1.2 文章结构本文将按照以下结构来介绍物理中常见的矢量和标量:第二部分将详细介绍矢量的定义和特点。
我们将从矢量的基本概念开始,解释什么是矢量以及它们的特点。
我们将探讨矢量的大小和方向,以及如何表示和运算矢量。
接着,第二部分将转向标量的定义和特点。
我们将解释什么是标量以及它们与矢量的区别。
我们将讨论标量的大小但没有方向的特点,并介绍一些常见的标量物理量。
第三部分将探讨矢量和标量在物理中的应用。
我们将以实际的例子来说明矢量和标量在物理学中的重要性和用途。
我们将讨论矢量和标量在运动学、力学和其他物理学领域中的应用,并解释它们如何帮助我们理解和描述物理现象。
最后,我们将在第三部分总结本文的主要内容和观点。
我们将强调矢量和标量在物理学中的作用,以及它们在解决物理问题时的重要性。
1电磁场&电磁波——Ch01. 矢量分析缪旻副教授,Ph.D光电学院通信工程系,信息微系统研究所miaomin@, 648846952电磁场&电磁波——Ch01. 矢量分析第一章矢量分析3电磁场&电磁波——Ch01. 矢量分析本章学习要注意的问题:注意复习原来的场论知识,要有所提高。
参考清华大学的“电磁场理论基础”(王蔷、李国定等编,2001年第2版) 动手作习题!!4电磁场&电磁波——Ch01. 矢量分析本次课程作业:1.1, 1.2, 1.5, 1.6, 1.9,1.10, 1.12,1.14,1.15, 1.19, 1.23, 1.25, 1.275电磁场&电磁波——Ch01. 矢量分析1.1 矢量代数1.1.1 标量和矢量标量场和矢量场标量:实数域(-∞,+∞)内的任一代数量。
代数量+物理单位=具有物理意义的标量、物理量e.g. 电压V 、电流I 、电荷量Q 、面积S 、体积……矢量:既有大小(模)又有方向,即两个变量才能确定一个矢量。
矢量+物理单位=具有物理涵义的矢量e.g. 电场强度E 、磁场强度D 、作用力F 、速度V6电磁场&电磁波——Ch01. 矢量分析由于矢量具有“二变量特性”决定了它有多种表示和两种乘法:标积A·B =p,矢积A ×B =pE v矢量的写法:或者黑(粗)斜体E (书本上的印刷体)矢量的模:矢量的大小,定义域[0,+∞),通常用与相同的字母表示,用非黑斜体表示。
如:——EE v单位矢量:表示矢量的方向的、具有单位量值模的矢量,用与矢量字母相同的小写字母表示。
如:Ee E v v =7电磁场&电磁波——Ch01. 矢量分析标积(点积)矢积(叉积)θcos ||||B A B A vv v v ⋅=⋅结果为标量θsin ||||||B A B A vv v v ⋅=×结果为矢量,其方向同时垂直于矢量且与之遵循右手法则C vBv A v 8电磁场&电磁波——Ch01. 矢量分析矢量三重积CB A vv v⋅×)(结果为标量,大小等于由式中3个矢量构成的平行六边形的体积。
第 1 章矢量分析1.2 标量场和矢量场1.2.1 场的分类1.2.2 场的表示一. 什么是场-具有某种物理量在空间的分布。
如地球周围的温度场、湿度场、重力场;另外还有气功场;百慕大三角场(洞、汇)-场在数学上用函数表示。
即场中任一个点都有一个确定的标量值或矢量。
场量在占有空间区域中,除开有限个点和某些表面外,是处处连续、可微的。
二. 场的分类标量场:具有标量特征的物理量在空间的分布,如温度场T(x,y,z)、电位Φ(x,y,z)等。
矢量场:具有矢量特征的物理量在空间的分布,如重力场F(x,y,z)、流速场v(x,y,z)等。
标量场和矢量场都有可能随时间变化。
动态场: 场量随时间变化(时变场)f ( x, y, z, t ), A( x, y, z ,t ), 四元函数静态场: 场量不随时间变化(恒定场)f ( x, y, z), A( x, y, z), 三元函数2)图示法u (x,y,z ):等值面、等值线1. 标量场的表示方法1)数学法f = f ( x, y, z)(A )等高线图(B )色码图(C )地势图三. 场的表示方法标量场Scalar Field火星夜间温度图2. 矢量场的表示方法F(x,y,z) = a x F x(x,y,z) + a y F y(x,y,z) + a z F z(x,y,z) 1)数学法2)图示法(A)矢量图箭头方向→场量的方向箭头颜色或长度→场量的大小(A )矢量图2.图示法(B)场线图切向→场量的方向疏密程度→场量的大小。
(B)场线图(C)纹理图(Grass Seeds)纹理与场方向平行(C)纹理图点电荷产生的电场无限长载流线产生的磁场TE10电场、磁场、电流TE10电场、磁场矢量场和标量场点电荷产生的电场和电位四.场源Source of Field•场是由源产生的,场不能离开场源而存在•不同的场对应不同的源•源有矢量和标量之分(旋度源和散度源)如:温度场由热源产生静止电荷电场运动电荷磁场Note:电荷及电流是产生电磁场唯一的源。
《电磁场与电磁波理论》思考题第1章思考题1.1什么是标量?什么是矢量?什么是矢量的分量?1.2什么是单位矢量?什么是矢量的单位矢量?1.3什么是位置矢量或矢径?直角坐标系中场点和源点之间的距离矢量是如何表示的?1.4什么是右手法则或右手螺旋法则?1.5若两个矢量相互垂直,则它们的标量积应等于什么?矢量积又如何?1.6若两个矢量相互平行,则它们的矢量积应等于什么?标量积又如何?1.7若两个非零矢量的标量积等于零,则两个矢量应垂直还是平行?1.8若两个非零矢量的矢量积等于零,则两个矢量应垂直还是平行?1.9直角坐标系中矢量的标量积和矢量积如何计算?1.10什么是场?什么是标量场?什么是矢量场?1.11什么是静态场或恒定场?什么是时变场?1.12什么是等值面?它的特点有那些?1.13什么是矢量线?它的特点有那些?1.14哈密顿算子为什么称为矢量微分算子?1.15标量函数的梯度的定义是什么?物理意义是什么?1.16什么是通量?什么是环量?1.17矢量函数的散度的定义是什么?物理意义是什么?1.18矢量函数的旋度的定义是什么?物理意义是什么?1.19什么是拉普拉斯算子?标量和矢量的拉普拉斯运算分别是如何定义的?1.20直角坐标系中梯度、散度、旋度和拉普拉斯算子在的表示式是怎样的?1.21三个重要的矢量恒等式是怎样的?1.22什么是无源场?什么是无旋场?1.23为什么任何一个梯度场必为无旋场?为什么任何一个无旋场必为有位场?1.24为什么任何一个旋度场必为无源场?为什么任何一个无源场必为旋度场?1.25高斯散度定理和斯托克斯定理的表示式和意义是什么?1.26什么是矢量的唯一性定理?1.27在无限大空间中是否存在既无源又无旋的场?为什么?1.28直角坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的?1.29圆柱坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的?1.30球面坐标系中的长度元、面积元和体积元是如何表示的?2.1什么是体电荷、面电荷、线电荷和点电荷?他们分别是如何定义的?2.2什么是试验电荷?什么是电场强度?2.3什么是电介质、磁介质和导体或导电媒质?2.4什么是电偶极子?电偶极矩矢量是如何定义的?2.5什么是电极化强度?电介质的极化现象是怎样的?2.6什么是电位移或电通量密度?2.7什么是相对介电常数和(绝对)介电常数?什么是自由空间?2.8什么是线性各向同性的电介质?2.9什么是恒定电流?什么是时变电流?什么是传导电流?什么是运流电流?2.10什么是体电流、面电流和线电流?他们分别是如何定义的?2.11什么是微分形式欧姆定律?2.12什么是洛伦兹力?什么是磁感应强度?2.13什么是磁偶极子?磁偶极矩矢量是如何定义的?2.14什么是磁化强度? 磁介质的磁化现象是怎样的?2.15什么是顺磁质?什么是抗磁质?什么是铁磁性物质?2.16什么是相对磁导率和(绝对)磁导率?2.17什么是磁场强度?2.18什么是线性各向同性的磁介质?2.19电磁学的三大基本实验定律是哪三个?2.20什么是库仑定律?什么是静电场的环量定律?什么是高斯定律?2.21由静电场的环量定律可以什么结论?2.22穿过任一高斯面的电场强度通量与该闭合曲面所包围的哪些电荷有关?2.23穿过任一高斯面的电位移通量与该闭合曲面所包围的哪些电荷有关?2.24高斯面上的场矢量与高斯面外的电荷是否有关?为什么?2.25什么是安培定律?什么是比奥—萨伐尔定律?2.26什么是磁通连续性定律?什么是安培环路定律?2.27磁场强度沿任一闭合回路的环量与哪些电流有关?2.28磁感应强度沿任一闭合回路的环量与哪些电流有关?2.29闭合回路上的磁场强度与闭合回路以外的电流是否有关?为什么?2.30什么是感应电流?什么是感应电场?什么是感应电动势?2.31什么是法拉第电磁感应定律?2.32什么是电荷守恒定律?电荷守恒定律的数学表达式是怎样的?2.33麦克斯韦的漩涡电场假设的基本思想是什么?2.34什么是位移电流?什么是位移电流密度?2.35什么是全电流?什么是全电流密度?什么是全电流连续性定律?2.36为什么说五个基本方程不是独立的?2.37什么是电磁场的边界条件?他们是如何得到的?2.38为什么边界条件的讨论分解成法向分量和切向分量来进行?2.39在不同媒质分界面上,永远是连续的是电磁场的哪些分量?2.40电磁场的哪些分量当不存在传导面电流和自由面电荷时是连续的?2.41什么是理想介质?什么是理想导体?2.42边界条件有哪三种常用形式?他们有什么特点?2.43在理想导体表面上不存在电磁场的什么分量?2.44垂直于理想导体表面的是电力线还是磁力线?平行于理想导体表面的是电力线还是磁力线?2.45理想导体表面的面电流密度等于磁场的什么分量?理想导体表面面电荷密度等于电场的什么分量?3.1什么是静电场?如何由是麦克斯韦方程组得到静电场的基本方程?3.2静电场是无源场还是无旋场?3.3静电场边界条件有哪两种常用形式?他们有什么特点?3.4在静电场中的不同电介质分界面上,电场强度和电位移的什么分量总是连续的?3.5什么是静电场折射定律?3.6静电场的什么分量在导体表面总是为零?导体表面面电荷密度等于电场的什么分量?3.7在静电场中,电场强度沿一个开放路径的线积分与积分路径是否有关?为什么?3.8静电场中任一点的电位是如何定义的?什么是零电位参考点?3.9静电场中任一点的电位是否是唯一的?电场强度是否是唯一的?3.10什么是等位面?电场强度矢量与等位面有什么关系?为什么?3.11什么是电位的泊松方程和拉普拉斯方程?什么是电场强度的泊松方程和拉普拉斯方程?3.12电位的边界条件是如何得到的?为什么电位在界面上总是连续?3.13为什么说导体必为等位体,导体与电介质的交界面必为等位面?3.14静电场的能量和能量密度是如何计算的?3.15导体的电容与哪些因素有关?与导体的电位和所带的电量是否有关?3.16什么是电容器?电容器的电容是如何定义的?3.17电容器的电容与其电场储能有什么关系?3.18什么是静电场分布型问题?什么是静电场的边值型问题?3.19静电场的边值问题可以分为哪三类?3.20什么是静电场唯一性定理?它是如何证明的?3.21静电场边值问题主要解法有哪些?3.22什么是直接积分法?什么情况下可以采用直接积分法?直接积分法的基本步骤是什么?3.23直角坐标系中一维电位分布的拉普拉斯方程的通解是怎样的?电荷均匀分布和线性分布区域电位的通解各是怎样的?3.24圆柱坐标系中无源区域、电荷均匀分布和线性分布区域三个一维电位分布满足的二阶微分方程各是怎样的?电位的通解各是怎样的?3.25球面坐标系中无源区域、电荷均匀分布和线性分布区域三个一维电位分布满足的二阶微分方程各是怎样的?电位的通解各是怎样的?3.26什么是分离变量法?什么是分离常数?什么是分离方程?3.27直角坐标系中的分离常数有哪几个?直角坐标系中的分离方程是怎样的?3.28直角坐标系中的分离方程的通解与分离常数有什么关系?3.29直角坐标系中分离变量法的的两种常见的二维问题是指什么情况?3.30什么是直角坐标系中分离变量法的基本问题?3.31如何根据基本问题的边界条件选取通解的具体形式?3.32如何利用三角函数的正交性或者傅立叶级数的公式来确定基本问题的最终解?3.33什么是镜像法?什么是镜像电荷?如何确定镜像电荷?3.34点电荷关于无限大导体平面的镜像电荷是如何确定的?此时导体表面的感应电荷有什么特点?3.35无限大导体平面上方与其平行的无限长直的均匀线电荷的镜像是怎样的?(画图) 3.36两个无限大相交理想导体平面之间的夹角满足什么条件才能采用镜像法?镜像电荷的数目与夹角有什么关系?(画图)3.37两个平行的无限大导体平面之间的点电荷的镜像电荷有多少?(画图)3.38接地导体球外的点电荷的镜像电荷是如何确定的?导体表面的感应电荷有什么特点?(画图)3.39接地导体球内的点电荷的镜像电荷是如何确定的?导体表面的感应电荷有什么特点?(画图)3.40如果导体球或球壳没有接地,如何借助于镜像法来求各处的场分布?3.41什么是静电场的数值解法?什么是“场域型”数值方法?什么是“边界型”数值方法?3.42什么是有限差分法?有限差分法的基本步骤是什么?3.43二维泊松方程对应的差分方程是怎样的?3.44二维静电场边值问题的有限差分法的基本步骤是怎样的?3.45什么是差分方程的超松弛迭代法求解?它的基本步骤是怎样的?3.46什么是矩量法?矩量法的三个基本步骤是什么?3.47静电场边值问题的矩量法的基本步骤是怎样的?第4章思考题4.1什么是恒定电流或直流?什么是时变电流或交流?4.2什么是恒定电场?如何由是麦克斯韦方程组得到恒定电场的基本方程?4.3恒定电场是无源场还是无旋场?4.4在电导率不同的导体的分界面上,电场强度和电流密度的什么分量是连续的?4.5在不同导体的分界面上电场强度和电流密度的什么分量是不连续的?4.6恒定电场中电位与静电场的电位有什么异同点?4.7为什么在线性和各向同性的均匀媒质中恒定电场中电位总是满足的拉普拉斯方程? 4.8线性和各向同性的均匀媒质中是否存在体电荷?4.9导电媒质分界面上的面电荷的密度是如何确定的?4.10什么情况下,导电媒质分界面上的不存在面电荷?4.11什么是电流的热效应?恒定电场的功率损耗是如何计算的?4.12什么是焦耳定律的微分形式和积分形式?4.13什么是漏电流?什么是漏电导?4.14什么是静电比拟法?它有什么用处?4.15什么情况下可以将静电场与恒定电场相比拟?4.16电容器的漏电导与电容的对应关系是怎样的?4.17什么是恒定磁场?如何由是麦克斯韦方程组得到恒定磁场的基本方程?4.18恒定磁场是无源场还是无旋场?4.19在磁导率不同的磁介质的分界面上,磁场强度和磁感应强度什么分量是连续的?4.20在不同磁介质的分界面上磁场强度和磁感应强度的什么分量是不连续的?4.21什么是恒定磁场折射定律?4.22什么是恒定磁场镜像法?4.23恒定磁场的矢量磁位是如何定义的?4.24什么是库仑条件或库仑规范?为什么恒定磁场的矢量磁位要满足库仑条件或库仑规范?4.25什么是恒定磁场矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程?4.26由比奥—萨伐尔定律得到的恒定磁场矢量磁位的积分表示式是否满足恒定磁场的微分方程?4.27恒定磁场的标量磁位是如何定义的?它有什么要求?4.28为什么恒定磁场的标量磁位只是满足拉普拉斯方程?4.29恒定磁场的标量磁位的边界条件是如何得到的?4.30恒定磁场的能量和能量密度是如何计算的?4.31什么是导体载流回路的电感?它与哪些因素有关?4.32什么是自感?什么是互感?什么是内自感?什么是外自感?4.33导体回路的电感与导体回路的电流是否有关?4.34导体载流回路的电感与磁场储能有什么关系?第5章思考题5.1什么是时谐电磁场?什么是时谐电磁场的复振幅和复振幅矢量?5.2如何由时变电磁场的基本方程得到时谐电磁场的基本方程(基本方程的复数形式)?5.3如何由时变电磁场的结构方程得到时谐电磁场的结构方程(结构方程的复数形式)?5.4如何由时变电磁场的边界条件得到时谐电磁场的边界条件(边界条件的复数形式)?5.5时谐电磁场边界条件有哪三种常用形式?他们有什么特点?5.6在不同媒质分界面上,永远是连续的是时谐电磁场的哪个分量?5.7在理想导体表面上不存在时谐电磁场的什么分量?5.8垂直于理想导体表面的是时谐电磁场的电力线还是磁力线?平行于理想导体表面的是时谐电磁场的电力线还是磁力线?5.9理想导体表面的面电流密度等于时谐电磁场的什么分量?理想导体表面面电荷密度等于时谐电磁场的什么分量?5.10什么是导电媒质的复介电常数?什么是导电媒质的损耗角正切?5.11时变电磁场的矢量磁位和标量电位是如何定义?5.12什么是洛伦兹条件或洛伦兹规范?洛伦兹条件与电流连续性方程是否是一致的?5.13什么情况下矢量磁位和标量电位满足齐次达兰贝尔方程?5.14什么情况下电场强度和磁场强度满足齐次达兰贝尔方程?5.15什么是滞后位?什么是超前位?为什么在无限大自由空间中只有滞后位?5.16矢量磁位和标量电位的滞后位是怎样的?5.17时谐电磁场的矢量磁位和标量电位是如何定义?5.18如何得到时谐电磁场的矢量磁位和标量电位的洛伦兹条件或洛伦兹规范?5.19如何得到时谐电磁场的矢量磁位和标量电位的亥姆霍兹方程(复波动方程)?5.20如何得到时谐电磁场的矢量磁位和标量电位的滞后位和超前位?5.21瞬时坡印廷矢量是如何定义的?它的物理意义是什么?它有什么特性?5.22什么是瞬时坡印廷定理的微分形式和积分形式?瞬时坡印廷定理的物理意义是什么?5.23什么是平均坡印廷矢量?5.24复坡印廷矢量是如何定义的?它的物理意义是什么?5.25天线的作用是什么?天线有哪些类型?5.26什么是电基本振子?什么是磁基本振子?5.27什么是线天线?什么是对称天线?什么是半波天线?5.28什么是近区场?什么是远区场?5.29电基本振子的近区场有什么特性?5.30电基本振子的远区场有什么特性?5.31磁基本振子的近区场有什么特性?5.32磁基本振子的远区场有什么特性?5.33基本振子和磁基本振子的电场有什么异同点?它们谁的辐射能力大?5.34基本振子和磁基本振子的对偶性是怎样的?5.35什么是水平极化天线?什么是垂直极化天线?5.36天线的方向性因子、方向函数和方向图指的是什么?5.37什么是天线的E面方向图?什么是天线的H面方向图?5.38什么是无方向天线?什么是全向天线?什么是定向天线?5.39基本振子、磁基本振子和半波天线的方向图有什么特点?5.40什么是天线辐射功率?天线的半功率波瓣宽度和零功率波瓣宽度是如何定义的?5.41基本振子和磁基本振子的半功率波瓣宽度和零功率波瓣宽度的大小是怎样的?5.42什么是天线阵?它的作用是什么?决定天线阵的辐射特性的主要参数有哪些?5.43天线阵方向图相乘原理是指什么?5.44什么是均匀直线式天线阵?什么是均匀直线式边射阵?什么是均匀直线式端射阵?。
1.2 矢量1.2.1 矢量、矢量基与基矢量(1)几何矢量定义(2) 几何矢量的运算(3)几何矢量的运算性质(4)一些有用的公式(5)矢量基(简称基)矢量基的定义与基矢量的右旋正交性基的矢量列阵的表达,矢量列阵的运算1.2.2 矢量的代数描述(1) 矢量在某基下的代数表达、坐标阵与坐标方阵(2) 矢量坐标阵的矩阵表达形式(3) 矢径的定义;矢量与矢径间的关系(4)几何矢量的运算与在同一个基下的坐标阵运算间的关系。
1.2.3 矢量的导数(1) 矢量对时间导数的定义,矢量在某基下对时间导数的定义(2) 在某基下矢量导数的运算与其坐标阵导数运算间的关系几何矢量定义矢量是一个具有方向与大小的量。
它的大小称为模,记为,或简写为a。
模为 1 的矢量称为单位矢量。
模为0的矢量称为零矢量,记为。
矢量在几何上可用一个带箭头的线段来描述,线段的长度表示它的模,箭头在某一空间的指向为它的方向。
利用这种方式描述的矢量又称为几何矢量。
几何矢量的运算矢量相等模相等、方向一致的两矢量与称为两矢量相等,记为(1.2-1)标量与矢量的积标量α与矢量的积为一个矢量,记为,其方向与矢量一致,模是它的α倍,即(1.2-2)矢量的和(平行四边形法则)(a)(b)图1-1 几何矢量运算两矢量与的和为一个矢量,记为,即(1.2-3)它与两矢量与的关系遵循如图1-1a的平行四边形法则矢量的点积(标积)两矢量与的点积(或称为标积)为一个标量,记为α,它的大小为(1.2-6)其中θ为两矢量与的夹角。
如果已知两矢量的点积,可以由上式计算两矢量夹角,即特殊情况,,此时α =0,有,即矢量自身的点积为其模的平方。
有时也简写为。
矢量的叉积(矢积)两矢量与的叉积(或称为矢积)为一个矢量,记为,即(1.2-8)它的方向垂直于两矢量与构成的平面,且三矢量、、的正向依次遵循右手法则(见图1-1b)。
定义矢量的模为(1.2-9)其中α为两矢量与的夹角。
几何矢量的运算性质加法运算遵循结合律与交换律矢量的和运算遵循结合律与交换律,即有结合律:(1.2-4)交换律:(1.2-5)矢量的点积的交换律矢量的点积有交换律,即(1.2-7)矢量的叉积无交换律矢量的叉积无交换律,但有(1.2-10)矢量的点积与叉积的分配律矢量的点积与叉积有分配律,即(1.2-11)(1.2-12)一些有用的公式由矢量的基本运算可以得到如下常用的较复杂的运算关系式:(1.2-13)(1.2-14)式(1.2-13)左边称为三矢量的两重叉积,式(1.2-14)左边称为三矢量的混合积。