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Hay un significado más profundo detrás de la "determinante" de la fórmula para el producto cruzado?

Todos sabemos que para todos los vectores $\mathbf{a}, \mathbf{b} \in \mathbb{R^3}$ si $(a_x,a_y,a_z)^\top$ es la forma de componente de $\mathbf{a}$ y de manera similar a $(b_x, b_y, b_z)^\top$ es la forma de componente de $\mathbf{b}$, entonces, la cruz del producto puede ser evaluado por el formaldeterminante \begin{equation} \mathbf{a} \times \mathbf{b} = \begin{vmatrix} \mathbf{i} & \mathbf{j} & \mathbf{k}\\ a_x & a_y & a_z \\ b_x & b_y & b_z \end{vmatrix} \end{equation}

Sin embargo, no estoy satisfecho con este tipo de entendimiento. Creo que la fórmula es demasiado elegante para ser un mero formal, la memorización de la ayuda. Por lo que hay una generalización de la determinante, que tiene un evidente sentido geométrico, de la misma manera que el determinante puede ser interpretado en el área de factor de multiplicación de una transformación lineal?

En álgebra geométrica, se puede generalizar el determinante de la matriz mediante la cuña de producto. Si $\mathbf{a,b,c}$ son vectores en $\mathbf{R}^3$, entonces el determinante de la matriz, que tiene los vectores $\mathbf{a,b,c}$ como columnas es $|\mathbf{a} \wedge \mathbf{b} \wedge \mathbf{c}|.$ sin Embargo, la cuña de producto se define general multivectors, así que traté de evaluación de $(\mathbf{ii} + a_x\mathbf{j} + b_x\mathbf{k}) \wedge (\mathbf{ji} + a_y\mathbf{j} + b_y\mathbf{k}) \wedge (\mathbf{ki} + a_z\mathbf{j} + b_z\mathbf{k})$ a obtener, $\left(a_y b_z-a_z b_y\right) \mathbf{jk} + \left(a_y-b_z\right) \mathbf{ijk}.$ Sin embargo, el resultado no tiene ninguna conexión obvia con la cruz del producto.

6voto

Steven Gubkin Puntos 3929

La fórmula $A \cdot (B \times C) = \textrm{Det}(A,B,C)$ muestra esta la cruz del producto puede ser pensado como la transposición de la lineal mapa de $\textrm{Det}(\cdot,B,C)$.

Usando la notación de la geometría de riemann (hodge estrella, sostenidos y bemoles) otra forma de decir esto es que el $A \times B=\star(A^\flat \wedge B^\flat)^\sharp$. Esta es la conexión entre la cruz del producto y el exterior del producto que estabas buscando.


Hmm. De hecho, me acabo de recordar que he contestado una pregunta similar aquí. Estoy pensando en las entradas como columnas en lugar de filas en el factor determinante aquí (debido a que es la forma en que mi cerebro funciona), pero creo que va a ver la conexión.

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3voto

CTKeane Puntos 530

El coordinar la expansión de una cuña de producto

$$\begin{aligned}\mathbf{a} \wedge \mathbf{b} &= (\mathbf{e}_i a_i) \wedge (\mathbf{e}_j b_j) \\ &= \sum_{i, j} a_i b_j \mathbf{e}_i \wedge \mathbf{e}_j \\ &= \sum_{i < j} \begin{vmatrix}a_i & a_j \\ b_i & b_j\end{vmatrix}\mathbf{e}_i \wedge \mathbf{e}_j.\end{aligned} $$

En $\mathbf{R}^3$, esto puede estar relacionado con la cuña de producto por parte de una dualidad de transformación (es decir, la factorización de un pseudoscalar por el espacio que como $ \mathbf{e}_1 \mathbf{e}_2 \mathbf{e}_3 $), como en

$$\begin{aligned}\mathbf{a} \wedge \mathbf{b} &=\begin{vmatrix}a_1 & a_2 \\ b_1 & b_2\end{vmatrix}\mathbf{e}_1 \mathbf{e}_2+\begin{vmatrix}a_2 & a_3 \\ b_2 & b_3\end{vmatrix}\mathbf{e}_2 \mathbf{e}_3+\begin{vmatrix}a_3 & a_1 \\ b_3 & b_1\end{vmatrix}\mathbf{e}_3 \mathbf{e}_1 \\ &=\mathbf{e}_3\begin{vmatrix}a_1 & a_2 \\ b_1 & b_2\end{vmatrix}\mathbf{e}_1 \mathbf{e}_2 \mathbf{e}_3+\mathbf{e}_1\begin{vmatrix}a_2 & a_3 \\ b_2 & b_3\end{vmatrix}\mathbf{e}_1 \mathbf{e}_2 \mathbf{e}_3+\mathbf{e}_2\begin{vmatrix}a_3 & a_1 \\ b_3 & b_1\end{vmatrix}\mathbf{e}_1 \mathbf{e}_2 \mathbf{e}_3 \\ y=(\mathbf{a} \times \mathbf{b}) \mathbf{e}_1 \mathbf{e}_2 \mathbf{e}_3.\end{aligned} $$

El de arriba de la factorización ha hecho uso de $ \mathbf{e}_i \mathbf{e}_i = 1 $, e $\mathbf{e}_i \mathbf{e}_j = -\mathbf{e}_j \mathbf{e}_i, i \ne j $.

Tenga en cuenta que la cuña producto tiene el sentido geométrico de la zona de la parallelopiped que son atravesados por los dos vectores, excepto que es una orientada al área, con un bivector orientación que equivale al geométricas de producto (o producto exterior de dos vectores perpendiculares que se encuentran en el tramo del avión.

En 3D que puede haber una correlación entre la normal a la que orientó la zona (es decir, el producto cruzado). Que normal que puede tener depende de la elección de la pseudoscalar utilizado en la dualidad de transformación.

La justificación de su elección de que multivector cuña producto no está claro, por lo que no es sorprendente que no se parece en nada a la cruz del producto.

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