向量三重积

Feb 23, 2025
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存在向量三重积公式

\[ \mathbf{a} \times (\mathbf{b} \times \mathbf{c}) = (\mathbf{a} \cdot \mathbf{c})\mathbf{b} - (\mathbf{a} \cdot \mathbf{b})\mathbf{c} \]

设向量为:

\[ \mathbf{a} = (a_1, a_2, a_3), \quad \mathbf{b} = (b_1, b_2, b_3), \quad \mathbf{c} = (c_1, c_2, c_3). \]

\[ \mathbf{b} \times \mathbf{c} = \begin{pmatrix} b_2 c_3 - b_3 c_2 \\ b_3 c_1 - b_1 c_3 \\ b_1 c_2 - b_2 c_1 \end{pmatrix} \]

\[ \mathbf{a} \times (\mathbf{b} \times \mathbf{c}) = \begin{pmatrix} a_2 (b_1 c_2 - b_2 c_1) - a_3 (b_3 c_1 - b_1 c_3) \\ a_3 (b_2 c_3 - b_3 c_2) - a_1 (b_1 c_2 - b_2 c_1) \\ a_1 (b_3 c_1 - b_1 c_3) - a_2 (b_2 c_3 - b_3 c_2) \end{pmatrix} \]

展开并整理各分量:

  • 第一分量:
\[ a_2 b_1 c_2 - a_2 b_2 c_1 - a_3 b_3 c_1 + a_3 b_1 c_3 = b_1 (a_2 c_2 + a_3 c_3) - c_1 (a_2 b_2 + a_3 b_3) \]
  • 第二分量:
\[ a_3 b_2 c_3 - a_3 b_3 c_2 - a_1 b_1 c_2 + a_1 b_2 c_1 = b_2 (a_3 c_3 + a_1 c_1) - c_2 (a_3 b_3 + a_1 b_1) \]
  • 第三分量:
\[ a_1 b_3 c_1 - a_1 b_1 c_3 - a_2 b_2 c_3 + a_2 b_3 c_2 = b_3 (a_1 c_1 + a_2 c_2) - c_3 (a_1 b_1 + a_2 b_2) \]

观察到每个分量中缺少 \(a_{1} b_{1} c_{1}\)(第一分量)、\(a_{2} b_{2} c_{2}\)(第二分量)、\(a_{3} b_{3} c_{3}\)(第三分量)

添加这些项后,表达式可统一写为:

\[ \mathbf{b} (\mathbf{a} \cdot \mathbf{c}) - \mathbf{c} (\mathbf{a} \cdot \mathbf{b}) \]