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。

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$(32121232)$

原点のまわりに $\theta$ だけ回転させる線形変換は

$(cosθsinθsinθcosθ)$

という行列で表されます。$\theta = \dfrac{\pi}{6}$ とすると

$(cosπ6sinπ6sinπ6cosπ6) = (32121232)$

となります。

$Q2$.
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。

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$(1232032120001)$

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

$(cosθsinθ0sinθcosθ0001)$

という行列で表されるので $\theta = \dfrac{\pi}{3}$ とすれば

$(cosπ3sinπ30sinπ3cosπ30001) = (1232032120001)$

となります。

$Q3$.
次の等式を証明しなさい。

$(cosθsinθsinθcosθ)^n = (cosnθsinnθsinnθcosnθ)~~$ ($n$ は自然数)
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$R_{\theta} = (cosθsinθsinθcosθ)$ 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, $(cosθsinθsinθcosθ)^n = (cosnθsinnθsinnθcosnθ)$ が成り立つ。