矢量叉乘能否反求矢量

article/2025/10/14 8:41:32

这两天纠结一个问题,矢量叉乘能否反求矢量?

a ⃗ × b ⃗ = c ⃗ \vec{a}\times\vec{b}=\vec{c} a ×b =c

如果已经知道矢量 a ⃗ \vec{a} a 和矢量 c ⃗ \vec{c} c ,能否求解得到矢量 b ⃗ \vec{b} b 呢?

想了很久,答案是不行的, a ⃗ × b ⃗ = c ⃗ \vec{a}\times\vec{b}=\vec{c} a ×b =c 可以看作 [ a ] b ⃗ = c ⃗ [a]\vec{b}=\vec{c} [a]b =c ,也即
[ 0 − a z a y a z 0 − a x − a y a x 0 ] [ b x b y b z ] = [ c x c y c z ] \begin{bmatrix} 0& -a_z & a_y\\ a_z&0 & -a_x\\ -a_y&a_x &0\end{bmatrix} \begin{bmatrix}b_x\\b_y\\b_z\end{bmatrix} =\begin{bmatrix}c_x\\c_y\\c_z\end{bmatrix} 0azayaz0axayax0bxbybz=cxcycz

相当于求解一个线性方程组,由于 [ a ] [a] [a]的行列式 d e t [ a ] = 0 det[a]=0 det[a]=0,所以 b ⃗ \vec{b} b 至少是没有唯一解的。

从几何直观上也非常好解释,矢量 a ⃗ \vec{a} a 要找一个矢量 b ⃗ \vec{b} b 让它们张成的平面的法向矢量等于 c ⃗ \vec{c} c ,是可以找无数个的。

在这里插入图片描述
矢量 a ⃗ \vec{a} a 和矢量 b ⃗ \vec{b} b 在同一平面,确定唯一方向的矢量 c ⃗ \vec{c} c ,矢量 c ⃗ \vec{c} c 的大小等于矢量 a ⃗ \vec{a} a 和矢量 b ⃗ \vec{b} b 构成的三角形的面积,如上图所示可以有 b 1 b1 b1 b 2 b2 b2 b 3 b3 b3多个矢量可以选择,保证三角形的面积是恒定的,所以解是不唯一的。

放在实际的应用中,线速度等于角速度叉乘矢径。

r ⃗ ˙ = ω ⃗ × r ⃗ {\dot{\vec{r}}}=\vec{\omega}\times\vec{r} r ˙=ω ×r

知道线速度和矢径,也是无法求出角速度的。


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