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向量与自身的点积与其长度有什么关系?

向量 a\mathbf{a} 与自身的点积 a⋅a\mathbf{a} \cdot \mathbf{a} 等于其长度(范数)的平方,即 ∥a∥2\|\mathbf{a}\|^2。

适用条件

  • 向量是实坐标向量。
  • 长度是欧几里得范数。

理解与推导

  1. 通过将各分量的平方相加来计算点积 a⋅a\mathbf{a} \cdot \mathbf{a}。
  2. 通过对各分量的平方和开平方根来计算长度 ∥a∥\|\mathbf{a}\|。
  3. 将长度平方得到 ∥a∥2\|\mathbf{a}\|^2。
  4. 比较这两个结果,发现它们完全相同。

例子

对于向量 a=(a1,a2,...,an)\mathbf{a} = (a_1, a_2, ..., a_n),a⋅a=a12+a22+...+an2\mathbf{a} \cdot \mathbf{a} = a_1^2 + a_2^2 + ... + a_n^2,这正是 ∥a∥2\|\mathbf{a}\|^2。

容易误解的地方

  • 认为 a⋅a\mathbf{a} \cdot \mathbf{a} 是长度本身,而不是长度的平方。
  • 混淆点积与叉积的模长。
  • 认为这种关系仅适用于单位向量。

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