矩陣相乘以及矩陣基礎知識

總忘,記一下




【向量的定義】
向量可以形象化爲一個有長度的箭頭,或是一個有序的數組,它定義在一組基座標系中,滿足可加性以及縮放性
【座標系及基向量】

每當我們用數字描述向量時,他都依賴於我們正在使用的基

【張成空間】


矩陣的基本性質

矩陣與向量:靜態的來說,矩陣可以看作是向量的集合,向量可以看做一列的矩陣,以運動學的角度來說,矩陣其實描述了向量的運動,即,一個向量線性變換到另一個向量的運動過程,就是矩陣

矩陣的基本運算

矩陣與向量的相乘,就是基向量的變換後再線性組合,也就是說矩陣描述的就是基向量變換的這一過程:
**基向量
向(a,c)方向運動並最終落在(a,c)點;另一個基向量同理)
**

而我們常用的計算方法,實際上做的事對應座標值縮放再相加,相當於直接跳過變換的過程而直接給出變換的結果。
(在MIT的線性代數公開課裏,最後一個等號做的其實就是向量的點積,在後面會講到;而第一個等號,是將x、y看作是縮放的係數)

這裏有個特殊情況,就是矩陣若是線性相關,則該矩陣描述的是將空間降維。

因此,線性變換是操縱空間的一種手段。


二維座標系中,如果i,j是這個座標系的基底向量,那麼這個座標系中的所有向量都可以用這兩個基底來表示

線性變換表述就是新座標系的基底發生了改變


仔細觀察可以發現,矩陣的每一行,都能解釋爲轉換後的基向量




2D中的旋轉,假設僅繞原點旋轉。則2D情況下只有一個參數表示旋轉角度。通常認爲逆時針轉爲正方向,起始位置爲x軸正方向(旋轉矩陣的由來)


3D繞座標軸旋轉

首先分析,由於繞x軸旋轉,因此x軸座標全都不會改變,那麼就是第一行的基向量不變。而另外兩個基向量的旋轉可以退化回2D的情況,而且由於另外兩個基向量的旋轉可以看作是x=0的平面內旋轉,因此兩個基向量的x分量取0,即他們旋轉的情況都不會改變x座標

其餘類似![]
(https://img2023.cnblogs.com/blog/1603639/202301/1603639-20230116165217030-1477928212.png)


3D繞任意軸旋轉
首先,我們需要一個單位向量n來表示旋轉軸,
表示旋轉量,
此處不標出旋轉軸,僅僅探究已知量和未知量的關係。

已知


算出

後部分轉自https://zhuanlan.zhihu.com/p/542891528
面的標準方程是ax+bx+cz=0,而(a,b,c)就是其中一個法向量的座標

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