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来自卢小平的问题

  向量旋转公式:

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2020-02-04 23:49
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刘南

  在二维坐标系中,一个位置向量的旋转公式可以由三角函数的几何意义推出.

  比如上图所示是位置向量R逆时针旋转角度B前后的情况.

  在左图中,我们有关系:

  x0=|R|*cosA => cosA=x0/|R|

  y0=|R|*sinA => sinA=y0/|R|

   在右图中,我们有关系:

  x1=|R|*cos(A+B)

  y1=|R|*sin(A+B)

  其中(x1,y1)就是(x0,y0)旋转角B后得到的点,也就是位置向量R最后指向的点.我们展开cos(A+B)和sin(A+B),得到:

  x1=|R|*(cosAcosB-sinAsinB)

  y1=|R|*(sinAcosB+cosAsinB)

  现在把 cosA=x0/|R|和sinA=y0/|R| 代入上面的式子,得到:

  x1=|R|*(x0*cosB/|R|-y0*sinB/|R|)=> x1=x0*cosB-y0*sinB

  y1=|R|*(y0*cosB/|R|+x0*sinB/|R|)=> y1=x0*sinB+y0*cosB

  这样我们就得到了二维坐标下向量围绕圆点的逆时针旋转公式.顺时针旋转就把角度变为负:

  x1=x0*cos(-B)-y0*sin(-B) => x1=x0*cosB+y0*sinB

  y1=x0*sin(-B)+y0*cos(-B)=> y1=-x0*sinB+y0*cosB

  现在我要把这个旋转公式写成矩阵的形式,有一个概念我简单提一下,平面或空间里的每个线性变换(这里就是旋转变换)都对应一个矩阵,叫做变换矩阵.对一个点实施线性变换就是通过乘上该线性变换的矩阵完成的.好了,打住,不然就跑题了.

  所以二维旋转变换矩阵就是:

  [cosA sinA] [cosA-sinA]

  [-sinAcosA]或者 [sinAcosA]

  我们对向量进行旋转变换可以通过矩阵完成,比如我要向量(x,y)绕原点逆时针旋转角度A:

  [x,y] x [cosA sinA] =[x*cosA-y*sinA x*sinA+y*cosA]

  [-sinAcosA]

  旋转后的向量为:[x*cosA-y*sinA x*sinA+y*cosA]

2020-02-04 23:51:51

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