向量分量(vector components)
畫在紙上的箭很生動,卻難以計算。分量這招把箭化成可加、可縮放、可丟進計算機的數字。想法是:選三個互相垂直的方向——x、y、z 軸——再報出向量沿每個方向伸出多遠。那三個數字「就是」這個向量,意思是它們完全決定了它。
具體地,先架好標準基底箭:i = (1, 0, 0) 沿 x 指一單位,j = (0, 1, 0) 沿 y,k = (0, 0, 1) 沿 z。任何空間向量 v 都可由:沿 i 走 a 單位、再沿 j 走 b、再沿 k 走 c 而達成,故 v = a i + b j + c k,簡寫為 v = (a, b, c)。這裡 a、b、c 就是分量(也稱純量分量)。要從連接 P(p_1, p_2, p_3) 到 Q(q_1, q_2, q_3) 的箭求出分量,把頭減尾:PQ = (q_1 - p_1, q_2 - p_2, q_3 - p_3)。一旦化為分量,大小可由三維畢氏定理求得:|v| = sqrt(a^2 + b^2 + c^2)。
分量讓向量代數變得機械化:兩向量相加就把對應分量相加;乘上一個數就把每個分量都乘上。日後每一條公式——內積、外積、直線方程式——都只是對這些數串的操作配方。一個誠實的提醒:分量取決於你選的軸。把軸旋轉,同一支實體箭就得到不同的一串數字,即使它真正的長度與方向絲毫未動。向量才是那個不變的東西;它的分量只是它在某個座標系裡的地址。
從 P(2, -1, 4) 到 Q(5, 3, 0) 的向量,分量為 PQ = (5 - 2, 3 - (-1), 0 - 4) = (3, 4, -4)。其大小為 |PQ| = sqrt(3^2 + 4^2 + (-4)^2) = sqrt(9 + 16 + 16) = sqrt(41),約 6.4。以基底記法寫成 PQ = 3 i + 4 j - 4 k。
頭減尾得分量;畢氏定理得長度。
相減的次序要對:PQ = Q - P,而非 P - Q。反過來會得到 QP,即每個分量都變號的相反向量。