矩阵相乘以及矩阵基础知识

总忘,记一下




【向量的定义】
向量可以形象化为一个有长度的箭头,或是一个有序的数组,它定义在一组基座标系中,满足可加性以及缩放性
【座标系及基向量】

每当我们用数字描述向量时,他都依赖于我们正在使用的基

【张成空间】


矩阵的基本性质

矩阵与向量:静态的来说,矩阵可以看作是向量的集合,向量可以看做一列的矩阵,以运动学的角度来说,矩阵其实描述了向量的运动,即,一个向量线性变换到另一个向量的运动过程,就是矩阵

矩阵的基本运算

矩阵与向量的相乘,就是基向量的变换后再线性组合,也就是说矩阵描述的就是基向量变换的这一过程:
**基向量
向(a,c)方向运动并最终落在(a,c)点;另一个基向量同理)
**

而我们常用的计算方法,实际上做的事对应座标值缩放再相加,相当于直接跳过变换的过程而直接给出变换的结果。
(在MIT的线性代数公开课里,最后一个等号做的其实就是向量的点积,在后面会讲到;而第一个等号,是将x、y看作是缩放的系数)

这里有个特殊情况,就是矩阵若是线性相关,则该矩阵描述的是将空间降维。

因此,线性变换是操纵空间的一种手段。


二维座标系中,如果i,j是这个座标系的基底向量,那么这个座标系中的所有向量都可以用这两个基底来表示

线性变换表述就是新座标系的基底发生了改变


仔细观察可以发现,矩阵的每一行,都能解释为转换后的基向量




2D中的旋转,假设仅绕原点旋转。则2D情况下只有一个参数表示旋转角度。通常认为逆时针转为正方向,起始位置为x轴正方向(旋转矩阵的由来)


3D绕座标轴旋转

首先分析,由于绕x轴旋转,因此x轴座标全都不会改变,那么就是第一行的基向量不变。而另外两个基向量的旋转可以退化回2D的情况,而且由于另外两个基向量的旋转可以看作是x=0的平面内旋转,因此两个基向量的x分量取0,即他们旋转的情况都不会改变x座标

其余类似![]
(https://img2023.cnblogs.com/blog/1603639/202301/1603639-20230116165217030-1477928212.png)


3D绕任意轴旋转
首先,我们需要一个单位向量n来表示旋转轴,
表示旋转量,
此处不标出旋转轴,仅仅探究已知量和未知量的关系。

已知


算出

后部分转自https://zhuanlan.zhihu.com/p/542891528
面的标准方程是ax+bx+cz=0,而(a,b,c)就是其中一个法向量的座标

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