2007年4月17日火曜日

ベクトルと外積

問題 a,b,c,dR3a×b=c×d0を満たすならば,
cdは以下のように表されることを示せ.
c=pa+qb, d=ra+sb, ps-qr=1
ただし,"×"はベクトルの外積であり,p,q,r,s∈Rである.

1 件のコメント:

yosuke さんのコメント...

a×b≠0よりaとbは一次独立である。
また、cはc×d=a×bに垂直だから組{a,b,c}は一次従属である。
したがって、x=y=z=0でない実数x,y,zが存在して
xa+yb+zc=0が成り立つ。このときz≠0である。
実際z=0とするとxa+yb=0で、xとyの少なくとも一方は0でないが、
aとbは一次独立であったのでこれは不可能である。
したがって、ある実数p,qが存在してc=pa+qbと表せる。
同様にして、dはc×d=a×bに垂直だから、
ある実数r,sが存在してd=ra+sbと表せる。
このとき、
a×b=c×d
=(pa+qb)×(ra+sb)
=pr(a×a)+ps(a×b)+qr(b×a)+qs(b×b)
=ps(a×b)-qr(a×b) ∵a×a=0 and a×b=-(b×a) (∀a,b∈R^3)
=(ps-qr)(a×b)
であるので、係数比較によりps-qr=1を得る。