兩種方法推導二維旋轉矩陣

2021-09-12 13:13:31 字數 1318 閱讀 6318

紅色線標識單位向量vector,vector逆時針旋轉θ得到藍色線標識單位向量vector',該過程旋轉矩陣應如何推導。

兩種方法:

1.數學推導,

已知,vector(x,y) = (cosα,sinα);

vector' (x',y')= (cos(α+θ),sin(α+θ))

=(cosα*cosθ-sinα*sinθ, sinα*cosθ+cosα*sinθ)

=(x*cosθ-y*sinθ, y*cosθ+x*sinθ)

若表示為矩陣乘列向量形式,矩陣為:

cosθ   -sinθ

sinθ    cosθ

若標識為行向量乘矩陣形式,矩陣為:

cosθ   sinθ

-sinθ   cosθ,

2.幾何推導,

vector逆時針旋轉θ,相當於vector位置不變,座標系順時針旋轉θ,求vector在新座標系中表示,

那麼問題即轉化為求同一向量在不同座標系之間的轉換矩陣,

已知vector在原始座標系csold下為(x,y),求vector在新座標系csnew下描述。

已知,csold的x方向在csnew下為(cosθ,sinθ),y方向在csnew下為(-sinθ,cosθ),

而vector在csold的x方向分量為x,在csoldy方向上分量為y,即可得

x在csnew下為x*(cosθ,sinθ),y在csnew下為y*(-sinθ,cosθ),

那麼vector在csnew下為(x*cosθ-y*sinθ,x*sinθ+y*cosθ),同樣可得,

若表示為矩陣乘列向量形式,矩陣為:

cosθ   -sinθ

sinθ    cosθ

若標識為行向量乘矩陣形式,矩陣為:

cosθ   sinθ

-sinθ   cosθ

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