二维叉积
在几何计算中,二维叉积(2D Cross Product) 是最重要的基础工具。本质上,二维叉积是将三维空间向量叉积退化到
平面上的标量形式。
定义
给定二维平面上的两个向量:
二维叉积计算:
三角函数表示法:
由向量点积与模长的定义,叉积也可表示为:
其中
二维叉积不满足交换律
- 叉积交换向量后符号取反:
几何意义
- 转向判定
: ,表示 在 的逆时针方向(向左转)。 : ,表示 在 的顺时针方向(向右转)。 : ,表示 与 共线(方向相同或相反)。
- 有向面积
- 以
和 为邻边的平行四边形的面积为 。 - 以
和 为邻边的三角形面积为 。 - “有向”特性:如果以逆时针方向排列顶点,计算得到的面积为正;反之为负。
代数性质
- 反对称性:
- 分配律:
- 数乘结合律:
应用
1. 点相对于直线的相对位置
判断点
:点 在向量 的左侧。 :点 在向量 的右侧。 :点 在直线 上。
2. 线段相交判定
线段
3. 任意简单多边形面积&
按顺序给出多边形顶点
4. 凸包构建(Andrew 算法 / Graham 扫描法)
维护凸包边界时,用叉积检查连续三点
- 若
,说明出现了右转或共线,需要将栈顶点 弹出。
5. 点在凸多边形内的
6. 旋转卡壳
计算凸包直径或最小外接矩形时,无需直接算点到直线的距离,通过比较三角形的叉积面积,即可在