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ベクトル

物理学におけるベクトルとは、大きさと方向を持つ量のことである。 一般的には、その方向が量の方向と同じで、長さが量の大きさに比例する矢印で表されます。 ベクトルは大きさと方向を持っていますが、位置は持っていません。

ベクトルとは対照的に、大きさはあっても方向を持たない普通の量をスカラーといいます。

ベクトルとは対照的に、大きさはあっても方向を持たない普通の量をスカラーといい、例えば、変位、速度、加速度などはベクトル量、速度(速度の大きさ)、時間、質量などはスカラーとなります。

ベクトルとして成立するためには、大きさと方向を持つ量が、一定の組み合わせの法則に従う必要があります。 幾何学的には、ベクトルAの頭にベクトルBの尻尾を置き、Aの尻尾からBの頭に向かって三角形を完成させるようにベクトルCを描くことで、ベクトルの和を視覚化することができる。 A、B、Cがベクトルであれば、B+A=Cというように、同じ操作をして同じ結果(C)を得ることができるはずです。 しかし、そうでない量(例えば、空間での有限の回転)もあり、それはベクトルではありません。

足し算・引き算のベクトル平行四辺形
足し算・引き算のベクトル平行四辺形

ベクトルの足し算・引き算の方法の一つとして、ベクトルの尾部を合わせて、さらに2辺を用意して平行四辺形を作る方法があります。 両者の尾部から平行四辺形の反対側の角に向かうベクトルは、元のベクトルの和に等しくなります。 両者の頭の間のベクトル(引かれるベクトルから始まる)は両者の差に等しい。

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ベクトル操作の他のルールとしては、減算、スカラーの乗算、スカラーの乗算(ドット積、内積ともいう)、ベクトルの乗算(クロス積ともいう)、微分があります。 ベクトルで割ることに対応する演算はありません。

ベクトルのクロスプロダクトの右手のルール
ベクトルのクロスプロダクトの右手のルール

2つのベクトルの通常の積(ドット積)は、単純に1次元の数、つまりスカラーです。 これに対して、2つのベクトルのクロスプロダクトは、右手の法則で示されるように、元の両方のベクトルと直交する方向を持つ別のベクトルになります。 交差積ベクトルの大きさ(長さ)はvw sin θで与えられ、θは元のベクトルvとwの間の角度です。

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ベクトルは数学的に単純で、物理学を論じる上で非常に便利なものですが、現代的な形で開発されたのは19世紀後半、ジェームズ・クラーク・マックスウェルが提唱した電磁気学の新しい法則を表現するために、ジョサイア・ウィラード・ギブスとオリバー・ヘイヴィサイド(それぞれアメリカとイギリス)がそれぞれベクトル解析を応用したときでした

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