向量计算器(点积・叉积・模长・单位向量・夹角)

输入两个二维或三维向量,即可自动计算点积(内积)、叉积(外积)、模长(范数)、单位向量以及两向量之间的夹角,免费向量计算工具。

小贴士

  • 可通过标签页切换二维、三维。选择三维后会显示z分量的输入框以及叉积的计算结果。
  • 当点积为0时,两个向量正交(垂直)。点积为正表示夹角为锐角,为负表示夹角为钝角。
  • 叉积结果向量的方向同时垂直于输入的两个向量(遵循右手定则)。
  • 单位向量是原向量除以其模长(范数)后得到的向量,长度恰好为1,只表示方向。当只关心方向而不关心大小时可以使用。
  • 输入零向量(所有分量均为0)时,其模长为0,因此无法计算单位向量与夹角。

常见问题

点积(内积)由两个向量计算得到一个数(标量),常用于衡量向量的相似度或计算夹角。叉积(外积)由两个向量计算得到一个新的向量,该向量同时垂直于原来的两个向量,且仅在三维空间中有定义。

只有在三维空间中,才能唯一确定同时垂直于两个给定向量的方向。在二维空间中无法确定这样的垂直方向,而在四维及以上空间中这样的方向有无数个,因此一般意义上的叉积只在三维空间中才能自然地定义。

可以使用公式 cosθ = (a·b) / (|a||b|)。将点积除以两个向量模长的乘积即可得到cosθ,再对其取反余弦(arccos),就能求出以角度制或弧度制表示的夹角θ。

单位向量是与原向量方向相同、但模长(长度)恰好为1的向量。将向量除以其模长即可得到单位向量,常用于计算机图形学中的法向量,或物理学中只需表示方向的场合。

计算两向量的点积,若结果为0,则两向量正交(垂直)。本工具会自动计算输入向量的点积,因此只需查看该数值是否为0即可判断。
ツールくん

闲话 ― 向量诞生于哈密顿的四元数

我们如今使用的"向量"概念与记法,源自19世纪爱尔兰数学家威廉·罗恩·哈密顿发明的"四元数"。哈密顿为了表示三维空间中的旋转而发明了由四个数构成的四元数,其中"纯虚部"的三个分量后来成为了向量的雏形。

将向量从四元数中独立出来,整理为如今的点积与叉积形式的,是美国物理学家约西亚·威拉德·吉布斯与英国工程师奥利弗·亥维赛。19世纪末,为了简化物理学(尤其是电磁学)中的计算,他们从四元数复杂的运算规则中提取出必要的部分,建立起了如今的向量分析体系。

叉积之所以通常只在三维向量中有定义,是因为只有在三维空间中,才能唯一确定同时垂直于两个给定向量的方向。正因为这一特性,叉积被广泛应用于物理学中的力矩、角动量计算,以及计算机图形学中曲面法向量的计算等诸多领域。