R^3/Kreuzprodukt/Orientierte Orthonormalbasis/Fakt/Beweis

Beweis

Es sei

${}x=c_{1}u_{1}+c_{2}u_{2}+c_{3}u_{3}\,$

und

${}y=d_{1}u_{1}+d_{2}u_{2}+d_{3}u_{3}\,.$

Nach Fakt  (2) ist

${}x\times y=(c_{1}u_{1}+c_{2}u_{2}+c_{3}u_{3})\times (d_{1}u_{1}+d_{2}u_{2}+d_{3}u_{3})=\sum _{1\leq i,j\leq 3}c_{i}d_{j}{\left(u_{i}\times u_{j}\right)}\,.$

Nach Fakt  (3) ist

${}u_{i}\times u_{i}=0\,$

und nach Fakt  (1) ist

${}u_{i}\times u_{j}=-u_{j}\times u_{i}\,.$

Nach Fakt  (6) steht ${}u_{1}\times u_{2}$ senkrecht auf ${}u_{1}$ und ${}u_{2}$, daher ist

${}u_{1}\times u_{2}=\lambda u_{3}\,$

mit einem ${}\lambda \in \mathbb {R}$, da diese Orthogonalitätsbedingung eine Gerade definiert. Wegen Fakt  (5) und der Voraussetzung ergibt sich

${}\lambda =\left\langle \lambda u_{3},u_{3}\right\rangle =\left\langle u_{1}\times u_{2},u_{3}\right\rangle =\det {\left(u_{1},\,u_{2},\,u_{3}\right)}=1\,,$

also ist

${}u_{1}\times u_{2}=u_{3}\,.$

Ebenso ergibt sich, unter Verwendung von Fakt  (3), ${}u_{1}\times u_{3}=-u_{2}$ und ${}u_{2}\times u_{3}=u_{1}$. Somit ist insgesamt

${}{\begin{aligned}x\times y&=\sum _{1\leq i,j\leq 3}c_{i}d_{j}{\left(u_{i}\times u_{j}\right)}\\&=\sum _{i<j}(c_{i}d_{j}-c_{j}d_{i}){\left(u_{i}\times u_{j}\right)}\\&=(c_{1}d_{2}-c_{2}d_{1})u_{3}-(c_{1}d_{3}-c_{3}d_{1})u_{2}+(c_{2}d_{3}-c_{3}d_{2})u_{1}\end{aligned}}$

und dies ist die Behauptung.

Zur bewiesenen Aussage