El producto punto y el producto cruzado son operaciones que resultaron útiles. Entonces, la verdadera pregunta es, ¿qué hace que esas operaciones [matemáticas] \ cdot, \ veces [/ matemáticas] sean más útiles que sus gemelos malvados [matemáticas] \ tilde \ cdot, \ tilde \ veces [/ matemáticas] que obtendrías! intercambiando [math] \ cos [/ math] y [math] \ sin [/ math] en sus definiciones?
- Una explicación intuitiva es que el producto de punto usa [math] \ cos [/ math] para medir “cuán paralelos” son dos vectores ([math] \ cos 0 = 1 [/ math]), mientras que el producto cruzado usa [math] \ sin [/ math] para medir “cuán perpendiculares” son ([math] \ sin 90 ^ \ circ = 1 [/ math]). Solo hay una forma de ser paralelo a un vector dado (hasta un factor escalar), pero hay muchas maneras de ser perpendicular, por lo que la operación con [math] \ cos [/ math] devuelve un escalar y la operación con [math ] \ sin [/ math] devuelve un vector.
- Puede definir productos de punto y cruzados sin hacer referencia a funciones trigonométricas:
[matemáticas] \ textstyle \ left [\ begin {smallmatrix} x_1 \\\\ \ vdots \\\\ x_n \ end {smallmatrix} \ right] \ cdot \ left [\ begin {smallmatrix} y_1 \\\\ \ vdots \\\\ y_n \ end {smallmatrix} \ right] = \ sum x_iy_i [/ math],
[matemáticas] \ left [\ begin {smallmatrix} x_1 \\\\ x_2 \\\\ x_3 \ end {smallmatrix} \ right] \ times \ left [\ begin {smallmatrix} y_1 \\\\ y_2 \\\\ y_3 \ end {smallmatrix} \ right] = \ left [\ begin {smallmatrix} x_2y_3 – x_3y_2 \\\\ x_3y_1 – x_1y_3 \\\\ x_1y_2 – x_2y_1 \ end {smallmatrix} \ right] [/ math].
pero sus gemelas malvadas no son tan bonitas:
[matemáticas] \ textstyle \ left [\ begin {smallmatrix} x_1 \\\\ \ vdots \\\\ x_n \ end {smallmatrix} \ right] \ mathbin {\ tilde \ cdot} \ left [\ begin {smallmatrix} y_1 \\\\ \ vdots \\\\ y_n \ end {smallmatrix} \ right] = \ sqrt {(\ sum x_i ^ 2) (\ sum y_i ^ 2) – (\ sum x_iy_i) ^ 2} [/ math] ,
[matemática] \ left [\ begin {smallmatrix} x_1 \\\\ x_2 \\\\ x_3 \ end {smallmatrix} \ right] \ mathbin {\ tilde \ times} \ left [\ begin {smallmatrix} y_1 \\\ \ y_2 \\\\ y_3 \ end {smallmatrix} \ right] = [/ math]
[matemáticas] \ left [\ begin {smallmatrix} \ frac {(x_2y_3 – x_3y_2) (x_1y_1 + x_2y_2 + x_3y_3)} {\ sqrt {(x_2y_3 – x_3y_2) ^ 2 + (x_3y_1 – x_1y_3) ^ 2 + (x_1y_ x_2y_1) ^ 2}} \\\\ \ frac {(x_3y_1 – x_1y_3) (x_1y_1 + x_2y_2 + x_3y_3)} {\ sqrt {(x_2y_3 – x_3y_2) ^ 2 + (x_3y_1 – x_1y_3) ^ 2 + (x_1y_2 – x_1y_3) ^ 2 + (x_1y_2 – ) ^ 2}} \\\\ \ frac {(x_1y_2 – x_2y_1) (x_1y_1 + x_2y_2 + x_3y_3)} {\ sqrt {(x_2y_3 – x_3y_2) ^ 2 + (x_3y_1 – x_1y_3) ^ 2 + (x_1y_2 – x_2y) ^ 2}} \ end {smallmatrix} \ right] [/ math]. - Los productos de punto y cruz reales tienen las propiedades increíblemente agradables que sus gemelos no comparten. Son bilineales ; es decir, se distribuyen sobre la suma y la multiplicación escalar en cada lado:
[matemáticas] (a \ vec x + b \ vec y) \ cdot \ vec z = a (\ vec x \ cdot \ vec z) + b (\ vec y \ cdot \ vec z) [/ matemática],
[matemáticas] \ vec x \ cdot (a \ vec y + b \ vec z) = a (\ vec x \ cdot \ vec y) + b (\ vec x \ cdot \ vec z) [/ matemática],
[matemáticas] (a \ vec x + b \ vec y) \ times \ vec z = a (\ vec x \ times \ vec z) + b (\ vec y \ times \ vec z) [/ matemáticas],
[matemática] \ vec x \ times (a \ vec y + b \ vec z) = a (\ vec x \ times \ vec y) + b (\ vec x \ times \ vec z) [/ matemática].
Y son continuas e infinitamente diferenciables . ([math] \ vec x \ mathbin {\, \ tilde \ cdot \,} \ vec y [/ math] no es diferenciable en vectores paralelos [math] \ vec x, \ vec y [/ math], y [ math] \ vec x \ mathbin {\ tilde \ times} \ vec y [/ math] ni siquiera está definido allí).
En realidad, para vectores bidimensionales, [math] \ vec x \ mathbin {\, \ tilde \ cdot \,} \ vec y [/ math] se simplifica a [math] | x_1y_2 – x_2y_1 | [/ math], eliminando así las barras de valor absoluto (equivalentemente, usando un ángulo dirigido en [matemática] | \ vec x || \ vec y | \ sin \ theta [/ matemática]) nos da una operación muy agradable que es bilineal, continua y diferenciable. De hecho, esa operación es, en cierto sentido, más fundamental que el producto escalar: es el determinante [matemática] \ det [\ vec x \ mid \ vec y] = x_1y_2 – x_2y_1 [/ matemática].
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