第一章 几何空间中的向量第四节 向量的积
向量的数量积
向量积
混合积
小结与思考题
1.4 向量的数量积、向量积与混合积一,向量的数量积 一物体在常力 F? 作用下沿直线从点
1M 移动到点 2M,以 s
表示位移，则力 F
所作的功为
c o s|||| sFW ( 其中? 为 F? 与 s? 的夹角 )
启示向量 a? 与 b? 的 数量积 为 ba
c o s|||| baba ( 其中? 为 a? 与 b? 的夹角 )
实例两向量作这样的运算,结果是一个数量,
定义
a?
bco s|||| baba
,Prc o s|| bjb a,Prc o s|| aja b
ajbba b Pr||,Pr|| bja a
数量积也称为,点积,、,内积,,
结论 两向量的数量积等于其中一个向量的模和另一个向量在这向量的方向上的投影的乘积,
关于数量积的说明：
0)2( ba,ba
)(?,0ba,0||?a?,0||?b?
,0co s,ba
.||)1( 2aaa
)(?,ba,0co s
.0co s||||baba
,0,||c o s|||| 2aaaaa证证
,2?
,2
数量积符合下列运算规律：
（ 1）交换律,;abba
（ 2）分配律,;)( cbcacba
（ 3）若 为数,? ),()()( bababa
若,为数, ).()()( baba
,kajaiaa zyx kbjbibb zyx设
ba )( kajaia zyx )( kbjbib zyx
,kji,0 ikkjji
,1|||||| kji
.1 kkjjii
zzyyxx babababa
数量积的坐标表达式
co s|||| baba,||||co s ba
ba
222222co s
zyxzyx
zzyyxx
bbbaaa
bababa
两向量夹角余弦的坐标表示式
ba 0 zzyyxx bababa
由此可知两向量垂直的充要条件为例 1 已知 }4,1,1{a?,}2,2,1{b
，求 （ 1 ）
ba
； （ 2 ） a? 与 b
的夹角； （ 3 ） a? 在 b
上的投影,
解 ba)1( 2)4()2(111,9
222222c o s)2(
zyxzyx
zzyyxx
bbbaaa
bababa
,21
ajbba b Pr||)3(,3||Pr
b
baaj
b?
,43?
例 2 证明向量 c? 与向量 acbbca )()( 垂直,
证 cacbbca ])()[(
])()[( cacbcbca
])[( cacabc
0?
cacbbca ])()[(
设 O 为一根杠杆 L 的支点，有一力 F
作用于这杠杆上 P 点处．力 F
与 OP 的夹角为?,力
F
对支点 O 的力矩是一向量 M
，它的模
|||||| FOQM
s i n|||| FOPM
的方向垂直于 OP 与 F
所决定的平面,指向符合右手系,
实例二,两向量的向量积
L
F?
P
QO
向量 a? 与 b? 的 向量积 为 bac
si n|||||| bac ( 其中? 为 a? 与 b? 的夹角 )
定义
c? 的方向既垂直于 a?,又垂直于 b
，指向符合右手系,
关于向量积的说明：
.0)1( aa )0s i n0(
ba)2( //,0 ba )0,0( ba
向量积也称为,叉积,、,外积,,
向量积符合下列运算规律：
（ 1）,abba
（ 2） 分配律,.)( cbcacba
（ 3） 若 为数：? ).()()( bababa
)(?,0 ba,0||?a?,0||?b?
,0s i n,0
)(? 0s i n
.0s i n||||||baba
证
ba//
ba // 或0
,kajaiaa zyx kbjbibb zyx设
ba )( kajaia zyx )( kbjbib zyx
,kji
,0 kkjjii
,jik,ikj
,kij,jki,ijk
kbabajbabaibaba xyyxzxxzyzzy )()()(
向量积的坐标表达式向量积还可用三阶行列式表示
zyx
zyx
bbb
aaa
kji
ba
ba//
z
z
y
y
x
x
b
a
b
a
b
a
由上式可推出
z
zyx
b
aaa
00 0,0 yx aa
补充
|| ba
表示以 a? 和 b
为邻边的平行四边形的面积,
xb,yb,zb 不能同时为零，但允许两个为零，
例如，
a?
b?
bac
例 3 求与 kjia
423,kjib
2 都垂直的单位向量,
解
zyx
zyx
bbb
aaa
kji
bac
211
423
kji
,510 kj
,55510|| 22c
||
0
c
cc,
5
1
5
2?
kj
例 4 在顶点为 )2,1,1(?A,)2,6,5(?B 和
)1,3,1(?C 的三角形中，求 AC 边上的高 BD,
A
B
C
解
D
}3,4,0{AC
}0,5,4{AB
三角形 ABC的面积为
||21 ABACS 222 16121521,225?
|| AC,5)3(4 22 ||21 BDS || AC
||521225 BD,5|| BD
例 5 设向量 pnm
,,
两两垂直，符合右手规则，且
4||?m?,2||?n?,3||?p?,计算 pnm )(,
解 ),s i n(|||||| nmnmnm
,8124
0),( pnm
pnm )(?co s|||| pnm,2438
依题意知 nm 与 p? 同向，
定义设已知三个向量 a
,b
,c
，数量 cba
)(
称为这三个向量的 混合积,记为 ][ cba
.
][ cba cba )(
zyx
zyx
zyx
ccc
bbb
aaa
,kajaiaa zyx,kbjbibb zyx设
,kcjcicc zyx
混合积的坐标表达式三,向量的混合积
（ 1）向量混合积的几何意义：
向量的混合积
][ cba
cba
)( 是这样的一个数，它的绝对值表示以向量 a
,b
,c
为棱的平行六面体的体积,a?c
b?
ba
关于混合积的说明：
][)2( cba cba )( acb )(,)( bac
（ 3 ）三向量 a?,b
,c? 共面,0][?cba
已知 2][?cba?
，
计算 )()]()[( accbba
,
解 )()]()[( accbba
)()][ accbbbcaba
ccbcccacba )(0)()(
acbaacaaba )(0)()(
0? 0?
0? 0? cba )(
cba )(2 ][2 cba,4?
例 6
例 7 已知空间内不在一平面上的四点
),,( 111 zyxA,),,( 222 zyxB,),,( 333 zyxC,
),,( 444 zyxD,求四面体的体积,
解 由立体几何知，四面体的体积等于以向量 AB,
AC,AD 为棱的平行六面体的体积的六分之一,
][61 ADACABV?
},,{ 121212 zzyyxxAB
},,{ 131313 zzyyxxAC
},,{ 141414 zzyyxxAD
141414
131313
121212
6
1
zzyyxx
zzyyxx
zzyyxx
V
式中正负号的选择必须和行列式的符号一致,
向量的数量积向量的向量积向量的混合积
（结果是一个数量）
（结果是一个向量）
（结果是一个数量）
（注意共线、共面的条件）
四、小结思考题已知向量 0
a,0
b,
证明 2222 )(|||||| bababa
,
思考题解答
)(s i n||||||,2222 bababa
)](co s1[||||,222 baba
22 |||| ba )(co s|||,222 baba
22 |||| ba,)( 2ba
一,填空题：
1,已知 a
=3,b
=26,ba
=7 2,则 ba
=_____ ____ ；
2,已知 （ ba
,） =
3
2?
，且 a
=1,b
=2,则
2
)( ba
=___ ____ ___ ____ ；
3,ba? 的几何意义是以
ba
,
为其邻边的 _____ ____ ；
4,三向 量 cba
,,的 混 合 积 [ cba
] 的 几 何 意 义 是
_____ _ ；
5,两向量的的内积为零的充分必要条件是至少其中有一个向量为 _____ ___,或它们互相 ___ ___ __ ；
6,两向量的外积为零的充分必要条件是至少其中有一个向量为 _____ ___ ___ _,或它们互相 _____ _ ；
练 习 题
7,设 kjia
23,kjib
2,
则 ba
= __ __,
ba
= _ ____ _ _,ba
3)2( = _ ___ ___,
ba
2? = _ ____ ___ _,),c os ( ba
= _ ___ ____ __ ；
8,设 a
= kji
32,kjib
3 和,2 jic 则
bcacba )()( =__ ____ ___ ___ _,
)()( cbba ____ ____ ___ _ _,
cba
)( = __ ____ ___ ____ ___ _,
二,已知 cba?
,,
为 单 位 向 量,且 满 足
0 cba,计算 accbba,三、设质量为 1 0 0 千克的物体从点 )8,1,3(
1M 沿直线移动到点 )2,4,1(2M 计算重力所作的功 （长度单位为米，重力方向为 Z 轴负方向）,
四,设4,1,2,2,5,3 ba
，问 与 怎样的关系能使行 zba 与 轴垂直,
五,应用向量证明：
1,三角形的余弦定理；
2,直径所对的圆周角是直角,
六,已知
cba,,
两两垂直，且
cbascba
求,3,2,1 的长度与它和
cba
,,
的夹角,
七,计算以向量 212 eep
和
21
2 eeq
为边的三角形的面积，其中 1
e
和 2
e
是相互垂直的单位向量,
练习题答案一,1,30? ； 2,3 ； 3,平行四边形的面积；
4,以 cba
,,为邻边的平行六面体的体积；
5,零向量,垂直； 6,零向量,平行；
7,3,
212
3
,14210,18,75 kjikji
；
8,2,,248 kjkj
,
二、
2
3
,三,5 880 焦耳,四、
2?
.
六、
14
1
a rc co s),(,14 ass
,
14
1
a rc co s),(?bs
,
),( cs
14
3
a r c c o s,七、
2
5
.
