ベクトル三重積の恒等式
$3$ 次元ベクトル $\mathbf{a}$、$\mathbf{b}$、$\mathbf{c}$ による積
を
ベクトル三重積 (vector triple product) と呼ぶ。
ベクトル三重積は次の恒等式を満たす。
これをラグランジュの公式 (Lagrange's formula) という。
証明
$\mathbf{a} \times ( \mathbf{b} \times \mathbf{c}) = (\mathbf{a}, \mathbf{c}) \mathbf{b} - (\mathbf{a}, \mathbf{b}) \mathbf{c}$ の証明
$3$ 次元ベクトル $\mathbf{a}$ と $\mathbf{b}$ と $\mathbf{c}$を
と表す。
外積の定義より、
$\mathbf{b} \times \mathbf{c}$ の各成分は、
である。
これより、
が成り立つ。
同様に他の成分についても、
が成り立つ。
以上をまとめると、
である。
$(\mathbf{a} \times \mathbf{b}) \times \mathbf{c} = ( \mathbf{a}, \mathbf{c}) \mathbf{b} - ( \mathbf{b}, \mathbf{c}) \mathbf{a} $ の証明
外積の定義より、
$\mathbf{a} \times \mathbf{b}$ の各成分は、
である。
これより、
が成り立つ。
同様に他の成分についても、
が成り立つ。
以上をまとめると、
である。
補足:
レビ・チビタの記号を使って証明
外積を $\mathbf{b} \times \mathbf{c}$ を
レビチビタの記号を使って表すと、
である (「
外積とレビチビタの記号」を参考)。
ここで $k=1,2,3$ である。
これより、
となる。
最後の等式では Levi-Civita の記号の巡回性
を用いた。
さらにレビチビタの記号の恒等式
(証明は
レビチビタの記号の性質を参考) を用いると、
と表せる。
クロネッカーのデルタの定義
に注意しながら、各項を書き換えると、
となる。
同様に
も証明される。