向量運算

高中數學精確的三維向量運算,並以單位法向量顯示外積

拖曳橘色向量的端點、旋轉座標軸,並比較向量分量與幾何構造。

3D

拖曳裝置進行調整。拖曳背景進行旋轉。捲動以縮放。

測量記錄本

變更設定、測試預測並儲存結果。最多保留 12 個快照。

關於此實驗

透過編輯分量或拖曳端點來建立向量。比較首尾相接的向量加法、差、純量積、投影,以及外積的右手法向量。

學習目標

  • 了解座標分量與空間向量之間的關係。
  • 區分內積、外積與投影。
  • 了解零參考向量的方向未定義。

使用方法

  1. 1沿著 x 軸拖曳 A 端,沿著 z 軸拖曳 B 端,並比較變化的分量。
  2. 2查看表示向量加法的平行四邊形。
  3. 3使兩個向量互相垂直,然後檢查內積和夾角。
  4. 4選擇投影,接著將 B 設為零,並解讀未定義的結果。

模型

內積是純量。
投影需要一個非零的參考向量。
外積的方向遵循右手定則。

假設

  • 所有結果均使用歐幾里得三維座標,並依據精確的分量公式計算(浮點數捨入誤差除外)。
  • 外積箭頭顯示的是單位方向,而非外積的實際大小。數值分量和大小仍保留完整的外積。
  • 兩個拖曳端點各控制一個分量;六個分量都仍可編輯。旋轉相機不會改變向量。

在課堂上試試這個實驗

  1. Q1為什麼內積可以是負值,而夾角仍介於 0 到 180 度之間?
  2. Q2為什麼投影到零向量上是未定義的?

常見問題

為什麼外積的大小增加時,外積箭頭仍然很短?

顯示長度為一個單位,因此其方向仍然可見。完整大小會另外呈現。

點積為零是否總是代表夾角為90度?

只有在兩個向量都非零時才是如此。零向量與任何向量的點積都是零,但它沒有定義的方向或夾角。