回転行列 例題集
$Q1$.
平面上の点を原点のまわりに $\dfrac{\pi}{6}$ だけ回転させる線形変換を表す行列を求めなさい。
$(√32−1212√32)$
$Q2$.
空間内の点を $y$ 軸のまわりに $\dfrac{\pi}{3}$ だけ回転させる線形変換を表す行列を求めなさい。
$(12−√320√32120001)$
空間内の点を $z$ 軸のまわりに $\theta$ だけ回転させる線形変換は
$(cosθ−sinθ0sinθcosθ0001)$
という行列で表されるので $\theta = \dfrac{\pi}{3}$ とすれば
$(cosπ3−sinπ30sinπ3cosπ30001) = (12−√320√32120001)$
となります。
$Q3$.
次の等式を証明しなさい。
$(cosθ−sinθsinθcosθ)^n = (cosnθ−sinnθsinnθcosnθ)~~$ ($n$ は自然数)
$R_{\theta} = (cosθ−sinθsinθcosθ)$ とすると, $R_{\theta}$ は平面上の点を原点のまわりに $\theta$ だけ回転させる線形変換を表す行列である。
よって $(R_{\theta})^n$ はそのような線形変換を $n$ 回合成して得られる線形変換を表す行列である。
一方, 原点のまわりに $\theta$ だけ回転させる線形変換を $n$ 回合成して得られる線形変換は, 原点のまわりに $n \theta$ だけ回転させる線形変換になるので
$(R_{\theta})^n = R_{n\theta}$
すなわち, $(cosθ−sinθsinθcosθ)^n = (cosnθ−sinnθsinnθcosnθ)$ が成り立つ。
原点のまわりに $\theta$ だけ回転させる線形変換は
$(cosθ−sinθsinθcosθ)$
という行列で表されます。$\theta = \dfrac{\pi}{6}$ とすると
$(cosπ6−sinπ6sinπ6cosπ6) = (√32−1212√32)$
となります。