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三维中绕 y 轴旋转 90 度的矩阵表示是什么?

该矩阵为 [001010−100]\begin{bmatrix} 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \\ -1 & 0 & 0 \end{bmatrix}。这是通过追踪标准基向量推导出来的:i^\hat{i} 移动到 (0,0,−1)(0, 0, -1),j^\hat{j} 保持在 (0,1,0)(0, 1, 0) 不变,k^\hat{k} 摆动到 (1,0,0)(1, 0, 0)。这些最终的坐标三元组构成了旋转矩阵的相应列。

适用条件

  • 绕 y 轴旋转 90 度。
  • 在右手三维坐标系中工作。

理解与推导

  1. 确定 i^\hat{i} 在绕 y 轴旋转 90 度后的新位置,即 (0,0,−1)(0, 0, -1)。
  2. 确定 j^\hat{j} 的新位置,它保持在旋转轴上的 (0,1,0)(0, 1, 0) 不变。
  3. 确定 k^\hat{k} 的新位置,它移动到正 x 轴上的 (1,0,0)(1, 0, 0)。
  4. 将这三个坐标向量作为 3x3 矩阵的列。

例子

脚本指出:“在这个变换下,i^\hat{i} 向量向下移动到负 z 轴,坐标为 (0,0,−1)(0, 0, -1)。j^\hat{j} 向量保持在 y 轴上的 (0,1,0)(0, 1, 0) 不变……同时,k^\hat{k} 向量摆动到正 x 轴上的 (1,0,0)(1, 0, 0)。这些最终的坐标三元组构成了旋转矩阵的相应列。”

容易误解的地方

  • 假设 i^\hat{i} 旋转到正 z 轴而不是负 z 轴。
  • 将旋转向量的坐标放在行而不是列中。

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