1. 設有旋轉矩陣R,證明RTR=I且detR=±1
證明:假設有兩組正交集(e1,e2,e3)與(e1′,e2′,e3′),以及在這兩組正交集下的座標a=(a1,a2,a3)與a′=(a1′,a2′,a3′);
根據座標系的定義:
[e1,e2,e3]⎣⎡a1a2a3⎦⎤=[e1′,e2′,e3′]⎣⎡a1′a2′a3′⎦⎤
則
⎣⎡a1a2a3⎦⎤=⎣⎡e1Te1′e2Te1′e3Te1′e1Te2′e2Te2′e3Te2′e1Te3′e2Te3′e3Te3′⎦⎤⎣⎡a1′a2′a3′⎦⎤≐Ra′(1)
其中R爲旋轉矩陣,RTR爲:
RTR=⎣⎡e1Te1′e1Te2′e1Te3′e2Te1′e2Te2′e2Te3′e3Te1′e3Te2′e3Te3′⎦⎤⎣⎡e1Te1′e2Te1′e3Te1′e1Te2′e2Te2′e3Te2′e1Te3′e2Te3′e3Te3′⎦⎤=I(2)
其中
(e1Te1′)×(e1Te1′)+(e2Te1′)×(e2Te1′)+(e3Te1′)×(e3Te1′)=(e1′)T(e1e1T+e2e2T+e3e3T)e1′=(e1′)Te1′=1
由於1=det(I)=det(RTR)=det(RT)det(R)=(det(R))2, 所以det(R)=±1.
2. 有關四元數的證明
設四元數表示爲q=(ε,η),其中ε爲虛部,η爲實部。
定義元算+和⊕爲:
q+=[η1+ε×−εTεη],q⊕=[η1−ε×−εTεη]
則:
q1+q2===[η11+ε1×−ε1Tε1η1][ε2,η2]T[η1ε2+ε1×ε2+ε1η2,−ε1Tε2+η1η2]Tq1q2