二维向量加减法、模、点乘、叉乘以及坐标系旋转平移

2020-04-24  本文已影响0人  _凉笙
向量加法
image.png

运算法则:首尾相连,连接首尾,指向终点

向量减法
image.png

运算法则:同起点,指被减(减向量终点指向被减向量终点)

向量的模
image.png 任何一个向量的模都等于√X^2 + Y^2 image.png

描述上图OB向量的方向就是:沿X轴逆时针旋转θ角,那如何算出θ角,那就是sinθ=y/|OB|→=y / √x^2 + y^2.

点乘

点乘几何意义

点乘的几何意义是可以用来表征或计算两个向量之间的夹角,以及在b向量在a向量方向上的投影,有公式: image

向量的点乘,也叫向量的内积、数量积,对两个向量执行点乘运算,就是对这两个向量对应位一一相乘之后求和的操作,点乘的结果是一个标量。
公式:


image.png 推演余弦定理 image.png
C^2=(a→-b→)(a→-b→)
image.png

→表示向量
最后推演出点乘a→*b→=|a→| * |b→|cosθ

点乘的几何意义是可以用来表征或计算两个向量之间的夹角,以及在b向量在a向量方向上的投影,有公式: image 根据这个公式就可以计算向量a和向量b之间的夹角。从而就可以进一步判断这两个向量是否是同一方向,是否正交(也就是垂直)等方向关系,具体对应关系为:
 a·b>0    方向基本相同,向量夹角为锐角

 a·b=0    正交,相互垂直  

 a·b<0    方向基本相反,向量夹角为钝角
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叉乘

两个向量的叉乘,又叫向量积、外积、叉积,叉乘的运算结果是一个向量而不是一个标量。并且两个向量的叉积与这两个向量组成的坐标平面垂直。
向量的叉乘公式为:
a ^ b = |a| * |b| * sinθ
叉乘的结果是一个新的向量,所以也称为向量积,它垂直于相乘的a、b两向量所构成的平面。
向量积被定义为:

模长:(在这里θ表示两向量之间的夹角(共起点的前提下)(0° ≤ θ ≤ 180°),它位于这两个矢量所定义的平面上。)

方向:a向量与b向量的向量积的方向与这两个向量所在平面垂直,且遵守右手定则。(一个简单的确定满足“右手定则”的结果向量的方向的方法是这样的:若坐标系是满足右手定则的,当右手的四指从a以不超过180度的转角转向b时,竖起的大拇指指向是c的方向。c = a ∧ b)


image.png

叉乘几何意义

在三维几何中,向量a和向量b的叉乘结果是一个向量,更为熟知的叫法是法向量,该向量垂直于a和b向量构成的平面。

在3D图像学中,叉乘的概念非常有用,可以通过两个向量的叉乘,生成第三个垂直于a,b的法向量,从而构建X、Y、Z坐标系。如下图所示:


image.png

在二维空间中,叉乘还有另外一个几何意义就是:aXb等于由向量a和向量b构成的平行四边形的面积。
A向量和B向量叉乘的结果还是一个向量,二这个向量是永远垂直于A向量和B向量所在的这个平面的

单位向量

单位向量是指模等于1的向量。由于是非零向量,单位向量具有确定的方向。

一个非零向量除以它的模,可得所需单位向量。设原来的向量是 ,则与它方向相同的的单位向量 image.png

一个单位向量的平面直角坐标系上的坐标表示可以是:(n,k) ,则有n²+k²=1。其中k/n就是原向量在这个坐标系内的所在直线的斜率。这个向量是它所在直线的一个单位方向向量。不同的单位向量,是指它们的方向不同。对于任意一个非零向量a,与它同方向的单位向量记作 。

二维坐标系旋转
计算如下: image.png ! Inked3912830-6cfdcd7ea0b9d52b_LI.jpg
二维坐标系平移
image.png image.png
二维坐标系旋转和平移

使用之前的先旋转坐标系在平移坐标得到旋转平移后坐标如下图


image.png

得出


image.png 向量的计算必须在同一坐标系
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