向量投影計算機

將一個 2D 或 3D 向量投影到另一個向量上,並計算純量係數。

計算向量投影
輸入向量 A,將它投影到向量 B 定義的方向上。

關於向量投影

向量投影用來找出一個向量沿另一個向量方向的部分。想像以垂直於直線的光照射:向量 A 在向量 B 所定義直線上的影子,就是 A 在 B 上的投影。結果是一個與 B 平行的向量,表示 A 沿所選方向作用的部分。 計算 A 在 B 上的投影時,先求內積 A·B,再除以 B·B,也就是 B 長度的平方。此商值是純量係數。將 B 的每個分量乘上該係數,即得到投影向量。計算機同時顯示係數與結果座標,讓縮放步驟一目了然。 係數的正負代表方向。正值表示投影與 B 同向,負值表示投影與 B 反向。係數為零表示 A 與 B 垂直,因此 A 沿 B 的分量為零。如果 A 已與 B 平行,即使 B 的長度不同,投影仍會等於 A。 當 B 是零向量時,投影沒有定義,因為零向量無法提供方向,且會使公式的分母為零。本計算機會偵測此情況,並要求輸入非零目標向量。進行二維計算時,將兩個 z 分量都設為零。支援小數與負座標,兩個向量應採用相同座標系統。 向量投影是物理與工程的基本工具,可用來分解沿斜面的力、將速度拆成水平與垂直部分,以及由力和位移計算功。在幾何中,投影可求距離與最近點;在電腦圖學中,可協助處理光照、攝影機變換、碰撞反應及座標變換;在統計與機器學習中,投影沿指定方向表達資料,也是最小平方法的基礎。 向量投影與純量投影不同。純量投影是 A 沿 B 方向單位向量的帶正負號長度,而這裡顯示的係數是直接乘在 B 上的倍數。向量投影本身是明確的,即使將 B 替換為其任意非零純量倍數,投影也不變。從 A 減去投影向量,即可將 A 分解為平行與垂直分量。

向量投影範例

向量投影說明
A = (3, 4), B = (1, 0)(3, 0)僅保留水平部分。
A = (2, 2), B = (1, 1)(2, 2)A 已經與 B 平行。
A = (1, 0), B = (0, 2)(0, 0)互相垂直的向量,其投影為零向量。

如何計算向量投影

  1. 輸入被投影向量 A 的所有分量。
  2. 輸入非零向量 B,定義目標方向。
  3. 進行二維計算時,將兩個 z 分量都設為零。
  4. 選擇「計算投影」,查看係數與投影向量。

向量投影常見問題

將 A 投影到 B 上是什麼意思?

就是找出 A 中與 B 平行的分量。結果向量會與 B 同向或反向。

為什麼不能投影到零向量上?

零向量沒有明確方向,也會使投影公式中作為分母的長度平方等於零。

投影係數可以是負數嗎?

可以。負係數表示 A 有一部分指向 B 的反方向,此時投影向量與輸入的 B 方向相反。

向量互相垂直時會怎樣?

它們的內積為零,因此投影是零向量。這表示 A 沿 B 的分量為零。

如何找出垂直分量?

從向量 A 減去投影向量。剩餘部分與向量 B 正交,便完成分解。