multivariable calculus 多元微积分是麻省理工一门著名公开课,课号为18.02。这门课覆盖了微分,积分,向量的多元微积分,在物理学,工程学,计算机学,经济学等领域有着广泛的应用。五分钟MIT公开课将公开课的重要有趣的知识点进行总结,在短时间内可以掌握一门课程的核心知识。
基础向量是一个既有大小又有方向的量。With both direction and magnitude/length。通过带箭头的直线将向量直观的表示出来。引入空间直角坐标系和单位向量是向量间计算的基础。
Pythagorean theory: 毕达哥拉斯定理,勾股定理
向量的长度:通过勾股定理,向量两边加绝对值符号 |a|
向量的加法:
向量是头尾加法,同一方向可以进行标量加法。
Dot Products 点积/点乘两个向量点乘,结果是标量。几何的角度考虑可以计算两个向量的夹角,以及在某一方向上的投影。
定义:
点积的几何意义:向量在同一方向上投影的积
证明:
根据余弦定理:
得到:
-
计算长度和角度
计算向量的角度的时候,先算出来的是cos,有趣的是cos的符号
sign>0,锐角
sign<0,钝角
sign=0,直角
-
检测正交
x 2y 3z=0的点集是什么形状? 平面
-
计算向量的分量,例如计算悬挂摆,分解力
如何计算几个向量围成的面积?三角形的面积怎么计算?
奇妙的是,这和底乘高的得到结果一样。再算出余弦,带入,会很麻烦。
下面的内容会非常有趣:
考虑两个相差90度的向量a和a'
发现行列式代数上是余向量的点积,几何上行列式的绝对值是向量所围成的面积。
Area=abs value of det.
空间行列式高维行列式计算方法,扩展:奇正偶负。正负是因为改变了空间的方向。
几何学上,三维行列式就是长方体体积的加减。
Cross product 叉乘考虑三维空间的两个向量
定义:
叉乘的结果是个向量。
叉乘的大小等于两向量围成平行四边形的面积
叉乘的方向垂直与两向量所在平面
垂直向量的判断方式为右手法则
右手指向向量A的方向
手指指向向量B的方向
竖起大拇指,拇指方向为叉乘方向
例子:
关于空间体积的一些观点
补充
Equation of planes 平面的方程
这一节主要讲的是叉乘的应用。
如何已知三点构成的平面,和另外一个点P,如何确定点P在这个平面上。
一个方法是:
带入 P(x,y,z)
就得到平面的方程。
另一个方法:如果P在平面上则可以推出
向量n是平面的法向量(normal vector)。
最后得到了一个我们很熟悉的公式,也是计算体积的公式:
这个形式在向量计算中有个别名,叫做三重积(Triple product),和行列式是一回事。
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