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向量与点积

向量是一支箭 —— 既有长度又有方向。点积则是那个奇妙的小运算:把两支箭「相乘」,交回一个普通的数。这个数到底在告诉你什么,看看就知道。面向 12 年级(安大略 MCV4U 及同等课程)。

两个公式,一个数

点积有一份坐标菜谱和一份几何菜谱,而且它们永远给出同一个答案:

u · v = u₁v₁ + u₂v₂   =   |u| |v| cos θ

第一个是心算就能做的算术。第二个说出了它的含义:它衡量两支箭有多「同向」。方向相同 → 又大又正。互相垂直 → 恰好为零。近乎相反 → 负数。

拖动箭头 🟠🔵

拖动 u 和 v 的箭尖(自动吸附到半格)。观察点积、夹角和绿色影子 —— 试试让 u · v 恰好等于零。

该看什么

符号就是夹角

不用算出 θ 也能知道它大概在哪儿:u · v > 0 说明夹角是锐角,< 0 是钝角,= 0 则互相垂直。这条「零判定」是整门课里用得最多的事实。

绿色影子是投影

从 u 的箭尖向 v 所在直线作垂线:绿色线段就是 u 在 v 上的影子,带符号的长度是 u·v / |v|。物理里把一个力拆成「沿斜面」和「压向斜面」,用的正是它。

试试 u = (2, 1)、v = (−1, 2):分量相乘是 −2 + 2 = 0,两支箭正好互相垂直 —— 不用量角器。再把 v 拖过垂直位置,看影子翻到的那一侧。

向量和微积分同属 12 年级的 MCV4U 课程 —— 而点积到了大学会再次登场,成为线性代数、余弦相似度和机器学习的核心。回到全部数学工具