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旋转公式


RotationFormula

一个通过逆时针角度 Phi 绕轴 n^^ 旋转给定坐标系的公式。参考上图(Goldstein 1980),变换后的坐标系中“固定”向量的方程(即,上图对应于一个 别名变换)是

r^'=ON^->+NV^->+VQ^->
(1)
=n^^(n^^·r)+[r-n^^(n^^·r)]cosPhi+(rxn^^)sinPhi
(2)
=rcosPhi+n^^(n^^·r)(1-cosPhi)+(rxn^^)sinPhi
(3)

(Goldstein 1980;Varshalovich等人 1988,第24页)。角度 Phi 和单位法向量 n^^ 也可以用 欧拉角 表示。用 欧拉参数 表示,

 r^'=r(e_0^2-e_1^2-e_2^2-e_3^2)+2e(e·r)+2(rxe)e_0.
(4)

3×3 旋转矩阵 可以用 Wolfram 语言 计算如下

  With[{n = {nx, ny, nz}},
    Cos[phi] IdentityMatrix[3] + (1 - Cos[p]) Outer[Times, n, n]
      + Sin[p] {{0, n[[3]], -n[[2]]}, {-n[[3]], 0, n[[1]]}, {n[[2]], -n[[1]], 0}}
  ]

另请参阅

别名变换, Alibi 变换, 欧拉角, 欧拉参数, 罗德里格斯旋转公式

使用 Wolfram|Alpha 探索

参考文献

Gibbs, J. W. 和 Wilson, E. B. 向量分析:数学和物理专业学生的教科书,基于 J. Willard Gibbs 的讲义。 纽约:Dover,第338页,1960年。Goldstein, H. “有限旋转。”经典力学,第 2 版。 雷丁,马萨诸塞州:Addison-Wesley,第164-166页,1980年。Grubin, C. “通过欧拉轴和角度推导四元数方案。”J. Spacecraft 7, 1251-1263, 1970年。Hamel, G. 理论力学:整个力学的统一介绍。 柏林:纽约:施普林格出版社,第103页,1949年。Varshalovich, D. A.; Moskalev, A. N.; 和 Khersonskii, V. K. “用旋转轴和旋转角度描述旋转。”角动量量子理论。 新加坡:世界科学出版社,第23-24页,1988年。

在 Wolfram|Alpha 上被引用

旋转公式

请引用本文为

Weisstein, Eric W. “旋转公式。”来自 MathWorld--一个 Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/RotationFormula.html

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