• ベストアンサー

平面のベクトル内積=0で垂直になる理由?

平面と平面の位置関係が垂直になる時、内積がゼロになることに関しまして、 なぜなのかを、可能ならば 直感的に理解したいです。 ベクトルの基本は勉強しましたが・・・  突然、「垂直ならば この計算の答えがゼロになる」 と教わっただけで、まだ腑に落ちないでいます。 もしも良い説明がありましたら、よろしくお願いいたします。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • spring135
  • ベストアンサー率44% (1487/3332)
回答No.2

>なぜなのかを、可能ならば 直感的に理解したいです。 visualにいうこととして、幾何学的に考えてはどうですか。 ベクトルA↑とベクトルB↑の内積IPは IP=A↑・B↑=|A↑||B↑|cosθ であって|A↑|、|B↑|はベクトルの大きさ、θはA↑、B↑のなす角度です。 IP=A↑・B↑=0 は θ=90° を意味することが解ります。 いいかえるとIP=A↑・B↑はA↑がB↑に落とす影(射影)であって、垂直なら影が0ということです。 0でない場合はA↑とB↑は平行成分を有して、相互に影を落とすということです。

penichi
質問者

お礼

垂直なら影が0・・・ 平行成分を有している・・・ という言い方が、とてもわかりやすかったです! どうも、ありがとうございました!

その他の回答 (4)

回答No.5

ベクトル A B がある時 θをベクトルA,B間の角度とすると 内積 A・B = |A|・|B|cosθ って教わりませんでした? (成分ごとの積の和でも出せますが..) ベクトル A,B の大きさがどちらも 0で無いならば 内積が 0 と言うことは cosθ が 0 ということであり 角度は90度であると言うことですよ。

penichi
質問者

お礼

cosθ=0 →90度 これで、完璧に納得出来ました。 ご回答、どうもありがとうございました!

回答No.4

質問の内容が不明です。 内積とはなんのベクトルの内積でしょう? 平面の内積というものはないです。 平面に含まれるベクトル同士? 平面の法線ベクトル同士? 知りたいのは垂直なベクトルの内積が0になる理由ですか? それとも平面の位置関係に関係する何かですか?

penichi
質問者

お礼

質問がわかりづらくて、すみません。 他の方が回答してくださったので・・・。 いずれにしても、どうもありがとうございました! 

  • Tacosan
  • ベストアンサー率23% (3656/15482)
回答No.3

・ベクトルの内積とはどのような計算なのか ・「垂直」とはどのような状態なのか をまず決めておく必要があります. 極端に言えば 「2つのベクトルが垂直であるとは, それらの内積が 0 になることである」 と定義すれば (そして一般のベクトルについては実際このように定義するのだが) 「垂直ならば この計算の答えがゼロになる」のは「直感的に明らか」ですよね?

penichi
質問者

お礼

定義をする、という方法もありますね…。 ご回答、どうもありがとうございました!

  • naniwacchi
  • ベストアンサー率47% (942/1970)
回答No.1

こんばんわ。 「法線ベクトルの」内積がゼロになることについてですよね? 法線ベクトルは平面に垂直なベクトルなので、 2つの平面の位置関係が垂直になっていれば、それぞれに垂直なもの同士も垂直になりますよね。 たとえば、直方体の隣り合っている2つの面を選べば、位置関係は垂直ですよね。 そして、それぞれの面に垂直になっている辺が存在します。 それらの辺が垂直になっている(直交している)ことはわかりますか?

penichi
質問者

お礼

さっそくのご回答を、どうもありがとうございます。 すみません。質問の仕方が悪かったです。 平面の話にしたのが、間違えでした。 私が知りたかったのは、そもそもベクトルの内積がゼロになるときに、どうして垂直になるのか・・・そのことを、 可能ならば 直感的に理解したいということでした。 いずれにせよ、早速のご回答を、どうもありがとうございました!  

関連するQ&A

  • ベクトルと内積

    2つのベクトルの垂直条件を求めるとき、内積=→0(零ベクトル)とするのは間違いですか?また、内積を計算するときは、•(ドット)を省略せずに書いた方がいいですか?

  • ベクトルの内積

    ベクトルの内積を勉強していて、ふと思ったのですが、 ベクトルの内積計算において、 3つのベクトルをかけることはできるのでしょうか? ベクトルA,B,Cにおいて A・B = |A|・|B|COSθ となるのと同じように A・B・C =? これもどうにかして計算することはできるのでしょうか?

  • 平面上のベクトルの垂直条件

    平面上のベクトルの垂直条件を,内積を用いずに証明してみました。 添付画像のように点A,点Bの座標を定め,2直線の垂直条件から (a2/a1)×(b2/b1)=-1 a2b2=-a1b1 a1b1+a2b2=0 以上でよろしいですか。

  • ベクトル、内積、外積など

    ベクトル、内積、外積など はじめまして、私は情報系の分野を専門的に学習している学生です。 情報分野ではそれなりの知識を持っているので、あえて数学的な 質問をさせていただきます。   ・三次元平面上に点ABCがあります。   ・点ABCを含む平面上に点Pがあります。 三角形ABC内に点Pが存在することを確かめるには、 どのようにすればよいでしょうか? またこれには以下のような制約があります。   ・パソコン上で計算するので、なるべく計算回数    (特に乗算、除算)を抑えたい。   ・パソコン上では三角関数などは級数なので精度、    処理速度、共に両立できない。 なので、なるべく少ない計算量で、四則演算のみを用いた 解法が必要です。 以下は私の考えた手順ですが、   (1)ベクトルBcとBa(もしくはBp)との外積によりベクトルNを得ます。   (2)ベクトルNとBcとの外積によりBcに直行するベクトルBc´を得ます。   (3)ベクトルBc´とBpとの内積が負ならば、点Pは線分B-Cの外に位置します。   これをB-C、C-A、A-Bと行うことで判定します。 これでは外積を2回、内積を1回計算する必要があり、計算量が多いので より簡潔な手法が必要です。 (本当に数学って大切ですね、もっと勉強しておけばよかった(^^;)

  • 3つのベクトルが張る平面

    3 つの縦ベクトル(1,1,2),(3,2,5),(5,-3,2)が張る平面 {α(1,1,2)+β(3,2,5)+γ(5,-3,2)|α,β,γ∈R} を表す方程式を求めよ。 という問題を出されたのですが「α,β,γ∈R」であれば答えは3次元空間全体にはならないのでしょうか。 そして、よく分からず専門の知り合いに尋ねたところ、 (1,1,2)と(3,2,5)との両方に垂直なベクトルとして(1,1,-1)がとれ、(1,1,-1)と垂直で原点を通る平面は「x+y-z=0(答え)」 という回答が返ってきました。 これも(5,-3,2)を使っていないし、最後の部分の意味がよく分かりませんでした。 どなたかご教授いただけませんでしょうか。 よろしくお願いします。

  • 平面のベクトル方程式でわからないことが。。。。

    平面のベクトル方程式でわからないことが。。。。 3点A(1,-1,0)B(3,1,2)C(3,3,0)を通る平面の方程式を求めよ という問題で、求める法線ベクトルをnベクトル=(a,b,c)とすると、 nベクトルとABベクトルは垂直だからnベクトル×ABベクトル=0 ゆえに2a+2b+2c=0(1) nベクトルとACベクトルも垂直であるから nベクトル×ACベクトル=0ゆえに 2a+4b=0・・・(2) (1)と(2)よりnベクトル=b(-2,1,1) nベクトルは0ベクトルではない。ゆえにb=0ではない ゆえに求める平面は点A(1.-1,0)を通りnベクトル(-2,1,1)に垂直は平面であるので 2x-y-z-3=0である。 という解説があったのですが、 [(1)と(2)よりnベクトル=b(-2,1,1) nベクトルは0ベクトルではない。ゆえにb=0ではない ゆえに求める平面は点A(1.-1,0)を通りnベクトル(-2,1,1)に垂直は平面である。] の部分がわかりません。 まず、 「(1)と(2)よりnベクトル=b(-2,1,1)」という式は理解できます。 「nベクトルは0ベクトルではない。ゆえにb=0ではない」・・・これもわかります。 「ゆえに求める平面は点A(1.-1,0)を通りnベクトル(-2,1,1)に垂直は平面である。]・・・ これが理解できません。nベクトル=b(-2,1,1)なのに、なんでbが消えているんでようか? それと「ゆえに」とありますが、前文の「nベクトルは0ベクトルではない。ゆえにb=0ではない」 とこのことは関係があるのでしょうか? もしかして、「3点A,B,Cが一直線上にあるときACベクトル=KABベクトルとなる実数Kがある」 という基本事項がありますが、nベクトル=b(-2,1,1)もその形なので、(-2,1,1)と垂直といえるってことですか?そのために、bが0だとこの式が成り立たないので、b=0ではないってことを いっているんでしょうか?

  • ベクトルAとBに垂直なベクトルCを求めるには?

    ベクトルAとBがあり、その両方に垂直なベクトルを求めたいのですが、 どうすれば良いのでしょうか? 内積を計算した結果で0になるものが直行しているというのはわかるのですが・・・

  • 平面に垂直なベクトル

    三次元空間上での3点 x1,y1,z1 x2,y2,z2 x3,y3,z3 を通る平面に垂直なベクトルを算出する為にはどうのようにしたらよいでしょうか。 答えは0と特定の座標点(x.y.z)を通る形で算出したいと思っています。 (A=x.y.zとなるように) うまく質問できているかどうかわからないのですが、教えて頂ければ幸いです。よろしくお願いします。

  • ベクトルの内積

    2つのベクトルの成す角を求めたいのですが、納得できる数値が得られず困っています。 ベクトルの内積の定義はA・B=|A||B|cosΘと理解しており、ここからcosΘを求めます。 ベクトルA(1,1,0)、ベクトルB(1,1,1)とした場合、二つの成す角は45度だと思うのですが内積の計算からはcosΘ=1/√2とはなりません。cosΘ=2/√6になりますので45度ではないという結果になります。 何故、そうなるのか納得できません。ここが納得できないと次のステップに進めません。 非常に稚拙な質問だと思いますが、どなたか教えてくださいませんでしょうか。よろしくお願いします。

  • 斜交座標系における、ある平面に対する垂直ベクトルの求め方

    斜交座標系における、ある平面に対する垂直ベクトルの求め方 直交座標系ではなく、斜交座標系である平面に対して垂直なベクトルを求める方法について調べています。しかし、数学が非常に苦手なため、なかなか理解が進みません。直交座標系ではある平面に対して垂直なベクトルを求めるためには外積を用いれば一発ですむことは分かっているのですが、これは斜交座標系でも同様なのでしょうか? 物理のかぎしっぽ http://hooktail.sub.jp/vectoranalysis/AffineProds/ こちらでは斜交座標系の外積について扱っていますが、 A→=A1e1 + A2e2 + A3e3 B→=B1e1 + B2e2 + B3e3 としたとき、 C→=A→×B→=(1/V)(A2B3-A3B2)e1 + (1/V)(A3B1-A1B3)e2 + (1/V)(A1B2-A2B1)e3 (ここでVはスカラー量) となっており、ベクトルの方向的には直交座標系の演算と変わりないように見えます。 このときのC→は、A→とB→を含む平面にたいして垂直なベクトルと考えてよいのでしょうか? 幼稚な質問かもしれませんが、どうかご教授ねがいます。 補足1:当方、材料化学畑のもので、現在三斜晶系(単位格子の各辺の長さがばらばら且つ各軸の成す角は90°ではない)の結晶を扱っておりますので、直交座標系に直すとかではなく、斜交座標系のまま垂直ベクトルを求める方法を探しています。 補足2:とにかく斜交座標系で垂直ベクトルの方向が分かればいいので、ベクトルの大きさとか、求め方等、細かいことは問いません。 補足3:もしよろしければ参考になる書籍やサイトなどを紹介していただけるとありがたいです。