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輸入計算

數學公式

Show calculation steps (2)
  1. Magnitude |a×b|

    Magnitude |a×b|: 向量外積計算機

    Length of the cross product vector

  2. Angle Between Vectors

    Angle Between Vectors: 向量外積計算機

    theta = arcsin( |a×b| / (|a|·|b|) ), in degrees

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結果

外積 a × b
(-15, -2, 39)
同時垂直於 a 與 b 的向量
長度 |a × b| 41.833
a 與 b 的夾角 θ 72.74°

什麼是外積?

兩個三維向量 ab 的外積(記作 a × b)會產生一個全新的向量,且這個向量同時垂直於兩個輸入向量。它的方向遵循右手定則,而其長度(大小)等於這兩個向量所張出的平行四邊形面積。本計算機會一次回傳完整的結果向量、它的長度,以及兩向量之間的夾角。

Right-hand rule showing fingers curling from a to b with thumb pointing along a cross b
The right-hand rule gives the direction of a×b.
Two 3D vectors a and b with their cross product perpendicular to both
The cross product a×b is perpendicular to the plane containing a and b.

計算機怎麼用

分別輸入向量 a 的 x、y、z 分量(\(a_1\)、\(a_2\)、\(a_3\))與向量 b 的 x、y、z 分量(\(b_1\)、\(b_2\)、\(b_3\))。按下計算後,即可看到外積的各個分量、外積長度 \(\left|\vec{a}\times\vec{b}\right|\),以及兩向量夾角 \(\theta\)(以度為單位)。

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公式拆解

各分量是由行列式展開計算而來:

$$\vec{a}\times\vec{b} = \left( a_2\,b_3 - a_3\,b_2,\;\; a_3\,b_1 - a_1\,b_3,\;\; a_1\,b_2 - a_2\,b_1 \right)$$

長度為 $$\left|\vec{a}\times\vec{b}\right| = \sqrt{c_x^{2} + c_y^{2} + c_z^{2}}$$ 這同時也等於 \(\left|\vec{a}\right|\left|\vec{b}\right|\sin\theta\)。因此夾角可由 $$\theta = \arcsin\!\left( \frac{\left|\vec{a}\times\vec{b}\right|}{\left|\vec{a}\right|\,\left|\vec{b}\right|} \right)$$ 反推得到。

Parallelogram formed by vectors a and b with shaded area equal to magnitude of cross product
The magnitude |a×b| equals the area of the parallelogram spanned by a and b.

實際範例

設 \(\vec{a} = (3, -3, 1)\)、\(\vec{b} = (4, 9, 2)\)。則 \(c_x = (-3)(2) - (1)(9) = -15\)、\(c_y = (1)(4) - (3)(2) = -2\)、\(c_z = (3)(9) - (-3)(4) = 39\)。所以 \(\vec{a}\times\vec{b} = (-15, -2, 39)\),其長度為 \(\sqrt{225 + 4 + 1521} = \sqrt{1750} \approx 41.83\)。

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常見問題

外積符合交換律嗎? 不符合。\(\vec{a}\times\vec{b} = -(\vec{b}\times\vec{a})\);交換順序會讓方向反轉。

如果結果是零向量怎麼辦? 這表示兩個向量互相平行(或其中一個是零向量),此時它們的夾角為 0° 或 180°。

外積能用在二維嗎? 嚴格來說,外積是定義在三維空間的。若要處理二維向量,可將 z 分量都設為 0,這樣就只有 \(c_z\) 會是非零值。

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