單位向量計算器
將 2D 或 3D 向量正規化,同時保持方向不變。
向量正規化
選擇維度並輸入向量的各個分量。
關於單位向量
單位向量是長度恰好為一的向量。它只表示方向,不保留原向量的大小。任何非零向量都可以透過將每個分量除以其歐幾里得長度來正規化。得到的分量指向相同方向,除了一般小數四捨五入誤差外,其平方和的平方根等於一。
對於分量為 x 和 y 的二維向量,長度等於 x 的平方加 y 的平方後的平方根。對於三維向量,還需在根號內加上 z 的平方。計算器先求長度,再將 x、y,以及需要時的 z 分別除以此長度。向量 (3, 4) 的長度為 5,因此單位向量為 (0.6, 0.8)。將這個單位向量乘以 5,即可還原原向量。
零向量是重要的例外。它的長度為零,而分量除以零沒有定義。它也沒有可保留的方向,因此不存在唯一對應的單位向量。負分量是有效輸入,表示沿負座標軸方向。計算器也支援小數分量。顯示結果四捨五入至小數點後六位,計算則使用瀏覽器完整的浮點精度。
單位向量廣泛用於線性代數、幾何、物理、工程、圖學和導航。它們可描述座標軸、力的方向、表面法線、相機朝向、速度方向及座標系統的基底。將方向與大小分離後,便於之後賦予所需長度或物理強度。在力學中,力的大小乘以單位方向向量即可得到力向量。在電腦圖學中,正規化的表面法線可確保光照計算一致。使用此計算器可核對正規化步驟、查看原向量長度,或為更大的計算準備方向分量。請記得,顯示分量經過四捨五入後,重新計算的長度可能與一略有差異。
範例
| 向量 | 單位向量 | 長度 |
|---|---|---|
| (3, 4) | (0.6, 0.8) | 長度為 5。 |
| (1, 2, 2) | (0.333333, 0.666667, 0.666667) | 長度為 3。 |
| (-5, 0) | (-1, 0) | 方向沿 x 軸負向。 |
如何使用計算器
- 選擇二維或三維向量。
- 輸入每個分量,需要時可使用負數或小數。
- 選擇「計算單位向量」。
- 查看長度與正規化後的分量。
常見問題
如何求單位向量?
先求原向量的長度,再將每個分量除以該長度。這樣可保持方向不變,同時將長度變成一。
零向量可以正規化嗎?
不可以,因為這需要除以零。零向量本身也沒有明確定義的方向。
正規化會改變方向嗎?
不會。將所有分量除以同一個正的長度會保持方向不變,只改變向量長度。
為什麼四捨五入後的長度有時不等於一?
顯示的分量會四捨五入至有限的小數位數,而顯示前的計算保留了更高精度。
單位向量有哪些用途?
它們在物理、工程、圖學和導航中表示純粹的方向,也用於在線性代數中建立標準正交基底。