外積のたすき掛けって何やねん

数学とか

3次元のベクトルを考える。
外積は二つのベクトルの内積が0になる、すなわち二つのベクトルと垂直に交わる(=意味が交わらない)ベクトルを作り出す操作。
$⟨\boldsymbol{x},\boldsymbol{z}⟩=0$…①
$⟨\boldsymbol{y},\boldsymbol{z}⟩=0$(内積)…②

$x_{1}z_{1}+x_{2}z_{2}+x_{3}z_{3}=y_{1}z_{1}+y_{2}z_{2}+y_{3}z_{3}$…①

先頭の項を消したいので左辺に$y_{1}$右辺に$x_{1}$をかけて等号で繋ぐ。
※いずれも0だから何をかけても0になる。すなわち等号で結べる。

$y_{1}x_{1}z_{1}+y_{1}x_{2}z_{2}+y_{1}x_{3}z_{3}$
$=x_{1}y_{1}z_{1}+x_{1}y_{2}z_{2}+x_{1}y_{3}z_{3}$(同値関係)
移行して先頭の項を消去。
$y_{1}x_{2}z_{2}-x_{1}y_{2}z_{2}+y_{1}x_{3}z_{3}-x_{1}y_{3}z_{3}=0$(ベクトル加法)
$(y_{1}x_{2}-x_{1}y_{2})z_{2}+(y_{1}x_{3}-x_{1}y_{3})z_{3}=0$(内積 分配法則)

$(y_{1}x_{2}-x_{1}y_{2})z_{2}+(y_{1}x_{3}-x_{1}y_{3})z_{3}=0$
これは内積の規則を満たします。変形。$⟨(y_{1}x_{2}-x_{1}y_{2}),(y_{1}x_{3}-x_{1}y_{3}),(z_{2},z_{3})⟩=0$(内積)
$(y_{1}x_{2}-x_{1}y_{2}),(y_{1}x_{3}-x_{1}y_{3})⊥(z_{2},z_{3})$(垂直定義)

また、
$-z_{3}z_{2}+z_{2}z_{3}=0$(仮定)
$⟨(-z_{3},z_{2}),(z_{2},z_{3})⟩$(内積)
よって
$z_{3}=-(y_{1}x_{2}-x_{1}y_{2})=x_{1}y_{2}-y_{1}x_{2}$
$z_{2}=(y_{1}x_{3}-x_{1}y_{3})$

同様の方法で①第二項消す。左辺に$y_{2}$に右辺に$x_{2}$をかける。

$x_{1}z_{1}y_{2}+x_{3}z_{3}y_{2}-y_{1}z_{1}x_{2}-y_{3}z_{3}x_{2}=0$(0との乗法と加法逆元)
$(x_{1}y_{2}-y_{1}x_{2})z_{1}+(x_{3}y_{2}-y_{3}x_{2})z_{3}=0$
内積前に変形。
$⟨(z_{1},z_{3}),(x_{1}y_{2}-y_{1}x_{2},(x_{3}y_{2}-y_{3}x_{2})⟩$
また
$z_{1}z_{3}-z_{3}z_{1}=0$(加法逆元)
$⟨(z_{1},z_{3}),(-z_{3},z_{1})⟩=0$(内積)
同値関係より
$z_{1}=-(x_{3}y_{2}-y_{3}x_{2})=y_{3}x_{2}-x_{3}y_{2}=0$

$\boldsymbol{z}=(y_{3}x_{2}-x_{3}y_{2},y_{1}x_{3}-x_{1}y_{3},x_{1}y_{2}-y_{1}x_{2})$

以上がたすき掛けの文脈。
二つのベクトルを用いてそれらと無関係や空間を作り出せると便利なことが多い。

例えば物体の衝突が回転力に変換されたり、音に変換されたり、熱に変換されたり、AIに任意の単語ベクトルの関係性を考えさせたりなど、物理的にも論理的にも二つの要素の作用を別の空間のヘクトルに変換できると便利なことが多い。

ベクトルの外積って何やねん
外積 外積 3次元実数空間 $\mathbb{R}^3$ において、2つのベクトル $\vec{a} = (a_1, a_2, a_3)$ と $\vec{b} = (b_1, b_2, b_3)$ が与えられたとき、その外積 $\vec{...

突如として謎の規則を覚えさせられて混乱が突き抜けて嫌いになる奴。公式は自力で導出できたけど、これは自力は無理。

なんとなく回転に見えのが面白い。

内積と直交ベクトルの構成に思いを馳せる
内積を計算規則としてだけ理解すると面白くないのでやる気になる話を探してきました。結構面白い。 内積とベクトルの直交 ベクトルの内積は意味の関連度を表す指標として機能させられる。 向きの差=意味の差 内積が0を示す、すなわち、直交するベクトル...

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この記事を書いた人

第41第東洋太平洋(OPBF)ウェルター級王者
元WBC世界同級34位
元WBO-AP同級3位
元角海老宝石ジム所属

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