kimamanikakuの日記

自分が面白いと感じたことを記事にしています。

スカラー三重積の公式

ベクトル解析の公式が、ややこしく頭に入りづらいと感じたので、記憶しやすくなるよう、導出過程やイメージを書き留めておこうと思います。 ###スカラー三重積 スカラー三重積とは、3つのベクトル \boldsymbol{A},\boldsymbol{B},\boldsymbol{C}に対して、 \boldsymbol{A}\cdot(\boldsymbol{B}\times\boldsymbol{C}) =\boldsymbol{B}\cdot(\boldsymbol{C}\times\boldsymbol{A}) = \boldsymbol{C}\cdot(\boldsymbol{A}\times\boldsymbol{B}) が成立するというものです。  \boldsymbol{A}\cdot(\boldsymbol{B}\times\boldsymbol{C}) = \boldsymbol{A}\cdot\left|
    \begin{array}{ccc}
      \boldsymbol{i}& \boldsymbol {j} & \boldsymbol{k} \\
      B_{x} & B_{y} & B_{z} \\
      C_{z} & C_{y} & C_{z}
    \end{array}
  \right| =\boldsymbol{A}\cdot\Bigl(\left| \begin{array}{ccc}B_{y} & B_{z}\\ C_{y} & C_{z}\end{array}\right|\boldsymbol{i}
-\left| \begin{array}{ccc}B_{x} & B_{z}\\ C_{x} & C_{z}\end{array}\right|\boldsymbol{j}
+\left| \begin{array}{ccc}B_{z} & B_{y}\\ C_{x} & C_{y}\end{array}\right|\boldsymbol{k}\Bigr) =A_x\left| \begin{array}{ccc}B_{y} & B_{z}\\ C_{y} & C_{z}\end{array}\right|
-A_y\left| \begin{array}{ccc}B_{x} & B_{z}\\ C_{x} & C_{z}\end{array}\right|
+A_z\left| \begin{array}{ccc}B_{z} & B_{y}\\ C_{x} & C_{y}\end{array}\right|
=\left|
    \begin{array}{ccc}
      A_x& A_y & A_z \\
      B_{x} & B_{y} & B_{z} \\
      C_{z} & C_{y} & C_{z}
    \end{array}
  \right| ここまでくれば、あとは簡単。行列式の値は、その行を1回入れ替えるごとに(-1)倍になりますから、例えば、 =\left|
    \begin{array}{ccc}
      A_x& A_y & A_z \\
      B_{x} & B_{y} & B_{z} \\
      C_{z} & C_{y} & C_{z}
    \end{array}
  \right| =-\left|     
    \begin{array}{ccc}
      C_{z} & C_{y} & C_{z}\\
      B_{x} & B_{y} & B_{z} \\      
      A_x& A_y & A_z \\
    \end{array}
  \right| =\left|     
    \begin{array}{ccc}
      C_{z} & C_{y} & C_{z}\\
      A_x& A_y & A_z \\ 
      B_{x} & B_{y} & B_{z} \\ 
    \end{array}
  \right|  =\boldsymbol{C}\cdot(\boldsymbol{A}\times\boldsymbol{B}) てな感じになります。要は、\boldsymbol{A}\cdot(\boldsymbol{B}\times\boldsymbol{C})において、 どれか二つを取り替える作業を奇数回行なった場合は(-1)倍、偶数回行なった場合は1倍ということですよね。 1回行う場合は、例えば、AとBを取り替えて、 \boldsymbol{A}\cdot(\boldsymbol{B}\times\boldsymbol{C})=-\boldsymbol{B}\cdot(\boldsymbol{A}\times\boldsymbol{C})とか、 あるいはAとCを取り替えて、 \boldsymbol{A}\cdot(\boldsymbol{B}\times\boldsymbol{C})=-\boldsymbol{C}\cdot(\boldsymbol{B}\times\boldsymbol{A})とか。 2回取り替える場合は、AとBを取り替えた後にBとCを取り替えるとか。でも、1回取り替えた後に、外積の順序を逆にして(-1)倍する、という方が考えやすいかも。