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ベクトルの内積

 右の図において、ベクトルを考える。ただし、とも始点はOにあるとする。
 を含む直線Bを考えて、の終点AからBにおろした垂線の足をALとする。 (線分OALB(B)の方向の成分になっている。これは、Bをx軸だと思えば、 線分OALのx成分になっている事と同じ事である。) いま、線分の長さOALは、Bのなす角をθとすると

       ||cosθ

 と書ける。
ここで、||cosθと||の積を内積と呼び、と表現する。
が単位ベクトルBの場合には、B=||cosθであるから、 Bは、B方向成分を表す。 (Bへの射影の大きさをあらわす。)

   =・||B=B||

なので、内積方向成分(B方向成分)にの大きさを掛けた量を表すともいえる。

  についてもう少し考える。

   =||cosθ||=||||cosθ

||cosθ は、方向成分を表すので、は、 方向成分にの大きさを掛けた大きさを表すといえる。
また、||cosθ は、方向成分を表すので、は、 方向成分にの大きさを掛けた大きさを表すともいえる。

 

 の単位ベクトルをA、 の単位ベクトルをBとすると

    =||A・||B =||||AB

 ここで、ABは、AB=cosθ  θはABの成す角(の成す角)となる。

 この値は、たとえば

      ABが同じ向きで平行の時 '1'

      ABが逆向きで平行の時 '-1'

      ABが垂直の時 '0'

      ABの成す角が鋭角なら'1〜0'

      ABの成す角が鈍角なら'0〜-1' 

 となり、二つのベクトルの平行の度合の様なものを表すともいえる。 は、の大きさとの大きさの積に、平行の度合を掛けたものともいえる。

 

内積をベクトルの成分で表すことを考える。右図のように、原点Oを始点とする位置ベクトル を考える。
=(Ax,Ay,Az)、=(Bx,By,Bz))
三角形OABで、OAとOBのなす角をθとして余弦定理を使えば、

 |AB|2=||2+||2−2||||cosθ

 |AB|2=(Ax−Bx2+(Ay−By2+(Az−Bz2
    =||2+||2−2(Axx+Ayy+Azz

 これを上の式に代入して両辺を入れ替えれば、

 −2||||cosθ=−2(Axx+Ayy+Azz

   ||||cosθ=Axx+Ayy+Azz
     =

 =||||cosθ=Axx+Ayy+Azz

 と表現される。(成分毎の積の和で与えられる。)

内積の性質

αをスカラとすると、α=(αAx,αAy,αAz)となるので、
 (α)・=αAxx+αAyy+αAzz
     =α(Axx+Ayy+Azz
     =α(

  =Axx+Ayy+Azz
=Bxx+Byy+Bzz
よって、交換則が成り立つ。

 =(Cx,Cy,Cz)とすれば、
±=(Ax±Cx,Ay±Cy,Az±Cz)より、
±)・=(Ax±Cx)Bx+(Ay±Cy)By +(Az±Cz)Bz
    =Axx±Cxx+Ayy±Cyy +Azz±Czz     =(Axx+Ayy+Azz)±(Cxx+Cyy+Czz
    =±
よって、分配則が成り立つ。

まとめれば、

±)・±



これでこの項目は終わり

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