两种方法推导二维旋转矩阵

两种方法推导二维旋转矩阵_第1张图片

红色线标识单位向量Vector,Vector逆时针旋转θ得到蓝色线标识单位向量Vector',该过程旋转矩阵应如何推导。

两种方法:

1.数学推导,

已知,Vector(x,y) = (cosα,sinα);

Vector' (x',y')= (cos(α+θ),sin(α+θ))

            =(cosα*cosθ-sinα*sinθ, sinα*cosθ+cosα*sinθ)

            =(x*cosθ-y*sinθ, y*cosθ+x*sinθ)

若表示为矩阵乘列向量形式,矩阵为:

cosθ   -sinθ

sinθ    cosθ

若标识为行向量乘矩阵形式,矩阵为:

cosθ   sinθ    

-sinθ   cosθ,

2.几何推导,

两种方法推导二维旋转矩阵_第2张图片

Vector逆时针旋转θ,相当于Vector位置不变,坐标系顺时针旋转θ,求Vector在新坐标系中表示,

那么问题即转化为求同一向量在不同坐标系之间的转换矩阵,

已知Vector在原始坐标系csOld下为(x,y),求Vector在新坐标系csNew下描述。

已知,csOld的X方向在csNew下为(cosθ,sinθ),Y方向在csNew下为(-sinθ,cosθ),

而Vector在csOld的X方向分量为x,在csOldY方向上分量为y,即可得

x在csNew下为x*(cosθ,sinθ),y在csNew下为y*(-sinθ,cosθ),

那么Vector在csNew下为(x*cosθ-y*sinθ,x*sinθ+y*cosθ),同样可得,

若表示为矩阵乘列向量形式,矩阵为:

cosθ   -sinθ

sinθ    cosθ

若标识为行向量乘矩阵形式,矩阵为:

cosθ   sinθ    

-sinθ   cosθ

你可能感兴趣的:(几何,旋转矩阵,平面旋转,仿射变换)