基變換與座標變換

    近來正在看《3D Math Primer for Graphics and Game Development》——《3D數學基礎:圖形與遊戲開發》,清華大學出版社,當看到第八章——矩陣與線性變換時,不禁產生疑問:當繞X軸旋轉時,求出旋轉後的基向量矩陣Rx:

 

           |   1     0           0   |
Rx= [p' q' r'] =     |   0    cos@   sin@ |
                           |  0    -sin@   cos@ |

 

基中@爲繞X軸順時針旋轉的角度;得到這個旋轉矩陣之後有什麼作用呢?

 

      參考《線性代數》的書中基變換與座標變換那一章中有這樣的描述: 在n維線性空間V中,任意n個線性無關的向量都可以作爲V的一組基,對於不同的基,同一個向量的座標是不同的。那麼同一向量在不同的基中的座標有什麼關係呢?換句話說:隨着基的改變,向量的座標怎樣改變呢?

      基變換公式與過渡矩陣:根據基變換公式的定義:(β1 β2 .....βn)  = (α1 α2 ......αn) P, 其中矩陣P爲由基α1 α2 ......αn到基β1 β2 .....βn的過渡矩陣。過渡矩陣P是可逆的。

     根據定義對應上述繞X軸轉的矩陣可知:原來的基α1 α2 ......αn是單位矩陣, 通過旋轉變換到新的基β1 β2 .....βn, 基中新的基爲矩陣Rx,根據基變換的定義知: β =  αP, 因爲原來的基矩陣爲單位矩陣,所以得到過渡矩陣即爲Rx。

   有了過渡矩陣P,就可求出同一向量在新的基即座標系中的座標,只需求出過渡矩陣P的逆矩陣,再和原座標做矩陣的乘法即可。

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