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如何构造三维空间中线性变换的 3x3 矩阵?

要构造 3x3 矩阵,需观察三个标准基向量(i^\hat{i}、j^\hat{j} 和 k^\hat{k})在变换后落在哪里。将这些变换后向量的最终坐标记录为列向量。将这三列并排放置,即可创建一个完全编码该变换的 3x3 矩阵。

适用条件

  • 在三维笛卡尔空间中工作。
  • 变换是线性的。

理解与推导

  1. 识别标准基向量:沿 x 轴的 i^\hat{i},沿 y 轴的 j^\hat{j},以及沿 z 轴的 k^\hat{k}。
  2. 对 i^\hat{i} 应用线性变换,并将其新坐标记录为第一列。
  3. 对 j^\hat{j} 应用变换,并将其新坐标记录为第二列。
  4. 对 k^\hat{k} 应用变换,并将其新坐标记录为第三列。
  5. 将这三列组合起来形成 3x3 矩阵。

例子

脚本指出:“将 i^\hat{i}、j^\hat{j} 和 k^\hat{k} 的最终坐标记录为列向量,构造出一个仅用九个数字就完全编码了该变换的 3x3 矩阵。”

容易误解的地方

  • 将变换后基向量的坐标放在行而不是列中。
  • 认为在三维变换中只追踪两个基向量就足够了。

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