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在三维空间中绕 y 轴旋转 90 度时,标准基向量落在哪里?

在绕 y 轴旋转 90 度期间,i^\hat{i} 移动到负 z 轴的 (0,0,−1)(0, 0, -1),j^\hat{j} 保持在 y 轴上的 (0,1,0)(0, 1, 0) 不动,而 k^\hat{k} 摆动到正 x 轴的 (1,0,0)(1, 0, 0)。

适用条件

  • 旋转角度正好为 90 度
  • 旋转轴为 y 轴
  • 假定采用右手坐标系约定来确定符号

理解与推导

  1. 可视化旋转轴:y 轴保持固定。
  2. 追踪 i^\hat{i}(初始在正 x 上):它向负 z 方向旋转 90 度。
  3. 追踪 j^\hat{j}(初始在正 y 上):因为它位于旋转轴上,其位置不变。
  4. 追踪 k^\hat{k}(初始在正 z 上):它向正 x 方向旋转 90 度。
  5. 将最终坐标汇编成列向量以形成旋转矩阵。

例子

脚本描述道:“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} 向量保持静止……在 (0,1,0)(0, 1, 0)……同时,k^\hat{k} 向量摆动到正 x 轴,坐标为 (1,0,0)(1, 0, 0)。”

容易误解的地方

  • 假设 j^\hat{j} 会改变方向,因为整个空间都在旋转;由于它在轴上,所以保持不变。
  • 根据相对于观察者是顺时针还是逆时针旋转,搞混 i^\hat{i} 和 k^\hat{k} 的符号。

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