数学向量求cos角公式沿Z轴旋转矩阵cosθ*x - sinθ*y是用的什么数学公式?

如果已知旋转前后的一向量求cos角公式的变化那么该如何求这个旋转矩阵呢?本篇结合Rodrigues' rotation formula介绍一下该旋转矩阵的求法。

已知旋转前向量求cos角公式为P, 旋转后变为Q由点积定義可知:

可推出P,Q之间的夹角为:

由1中可知旋转角所在的平面为有P和Q所构成的平面,那么旋转轴必垂直该平面

已知单位向量求cos角公式 , 将它旋转θ角。由罗德里格旋转公式,可知对应的旋转矩阵 :

其中I是3x3的单位矩阵

 是叉乘中的反对称矩阵r:

假设在坐标系(x, y, z)中,向量求cos角公式v=ax+by+czv绕z轴逆时针旋转θ角后得到新的向量求cos角公式v’。

根据2维(x,y)面上的旋转公式可得:

将上式带入v’的公式:

将上式中的叉乘表示为反对称矩阵得:

上式即为罗德里格旋转公式

根据旋转前后的两个向量求cos角公式值,使用上面的方法先求出旋转角度和旋转轴,然后用羅德里格旋转公式即可求出对应的旋转矩阵


}

OX1?Y1?经过逆时针旋转 OX2?Y2?P点坐標由

将(1)式代入(2)、(3)式并化简得:

(4)、(5)式的矩阵形式表示:

该式子展开即与(4)、(5)式形式完全相同。

(这个过程希望大家亲手用笔算一下只是一个简單的几何问题,并没有难以理解的地方只有深刻理解了这个转换过程才能理解接下来的三维空间直角坐标系)

其实对于三维空间直角坐标系的旋转变换,形式上和二维空间中的一样只是二维坐标系中我们只需要旋转一次,而三维坐标系中我们需要旋转3次即:

即:X坐标不變,YZ坐标变换,如图:

不看X轴把这里的Y、Z轴看成之前的X、Y轴,这里的

0 0 0 0 (7)式和(8)式的展开形式其实一样仅仅多了一个

}

OX1?Y1?经过逆时针旋转 OX2?Y2?P点坐標由

将(1)式代入(2)、(3)式并化简得:

(4)、(5)式的矩阵形式表示:

该式子展开即与(4)、(5)式形式完全相同。

(这个过程希望大家亲手用笔算一下只是一个简單的几何问题,并没有难以理解的地方只有深刻理解了这个转换过程才能理解接下来的三维空间直角坐标系)

其实对于三维空间直角坐标系的旋转变换,形式上和二维空间中的一样只是二维坐标系中我们只需要旋转一次,而三维坐标系中我们需要旋转3次即:

即:X坐标不變,YZ坐标变换,如图:

不看X轴把这里的Y、Z轴看成之前的X、Y轴,这里的

0 0 0 0 (7)式和(8)式的展开形式其实一样仅仅多了一个

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