如何证明内积公式

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本文已参与「新人创作礼」活动,一起开启掘金创作之路。


懒得打字了,直接贴图上来。其实还有别的方法,但是我觉得没有我这个简单快速直观。下面是问题描述:


问题

在一个2维赋范线性空间中,给定一个直角坐标系,两个向量a\bold{a},b\bold{b},坐标分别为(x1,y1)(x_1, y_1)(x2,y2)(x_2, y_2)

定义内积操作 ab=x1x2+y1y2\bold{a} \cdot \bold{b}= x_1x_2+y_1y_2

证明:ab=abcosθ\bold{a} \cdot \bold{b}= |\bold{a}||\bold{b}|\cos\theta, θ\theta是两个向量的夹角。

在这里插入图片描述

证明

只需要旋转一下坐标系,重新算一下两个向量的坐标值,那么利用内积定义,即可证明出:

在这里插入图片描述 旋转以后,显然,利用三角函数定理,可以看出,新的向量 a\bold{a}^{'},b\bold{b}^{'},坐标分别为(acosθ,asinθ)(|\bold{a}|\cos\theta,\bold{a}\sin\theta)(b,0)(|\bold{b}|, 0)。因为旋转以后内积不变,再利用内积定义,即可得出。

题外话

这里有几个知识点:

线性空间,向量空间,内积,长度,距离,坐标系,坐标系旋转,基,赋范线性空间,内积,相似性。

这些都是基础知识,除了熟练掌握,要深刻理解起来,并非易事。

最近在研究双曲空间,发现不容易理解透。对于计算机选手,非数学系的,如果讨论的空间变得复杂了,比如双曲空间中,很容易就迷失了方向。所以还是得从基础构建起来。

题题外话

接着上次说要研究双曲空间,然后看不懂,主要是理解太不深入,而且很多东西看得过于慢了。所以跑去学拓扑学,b站一个上交的老师讲的挺好,于是看了几节课。帮助还挺大的,不过还有很多没有学,最近一个月都废了,没有坚持下去。。。。