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  1. 線性代數
  2. 向量空間
  3. 線性變換

變換法向量

PreviousR³ 中的旋轉Next矩陣

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⟩ ⟩ ⟩ 變換法向量

一組 T\mathbf{T}T 與 N\mathbf{N}N 會保持,但經過 M\mathbf{M}M 變換成 MT\mathbf{M}\mathbf{T}MT 與 MN\mathbf{M}\mathbf{N}MN 後,之間的垂直關係可能會被打破,這時只要利用 (M−1)T\left(\mathbf{M}^{-1}\right)^T(M−1)T 將 N\mathbf{N}N 轉換成 (M−1)TN\left(\mathbf{M}^{-1}\right)^T \mathbf{N}(M−1)TN,就可以讓 MT\mathbf{M}\mathbf{T}MT 與 (M−1)TN\left(\mathbf{M}^{-1}\right)^T \mathbf{N}(M−1)TN 再度保持垂直的關係。

  • (M−1)T\left(\mathbf{M}^{-1}\right)^T(M−1)T 稱為 M\mathbf{M}M 的 "inverse transpose"。

  • 若 M\mathbf{M}M 為(如:或鏡射),則 (M−1)T=(MT)T=M\left(\mathbf{M}^{-1}\right)^T= \left(\mathbf{M}^{T}\right)^T = \mathbf{M}(M−1)T=(MT)T=M。

  • 證明:👉

  • 法向量

  • 轉置矩陣

  1. (M−1)T=(MT)−1\left(\mathbf{M}^{-1}\right)^T = \left(\mathbf{M}^{T}\right)^{-1}(M−1)T=(MT)−1 4

事實上,如果從平面的變化來觀察,也許更自然些。

假設一平面方程式為: ax+by+cz+d=0ax+by+cz+d=0ax+by+cz+d=0,其為 N=[a,b,c]T\mathbf{N}=[a, b, c]^TN=[a,b,c]T。若設 P=[x,y,x]T\mathbf{P}=[x, y, x]^TP=[x,y,x]T,則原方程式可寫為: NTP+d=0\mathbf{N}^T \mathbf{P} + d = 0NTP+d=0。

如果 P\mathbf{P}P 點經過變成另一點 P′=MP\mathbf{P}'=\mathbf{M}\mathbf{P}P′=MP,則 P=M−1P′\mathbf{P}=\mathbf{M}^{-1}\mathbf{P}'P=M−1P′ 代回原平面方程式可得: NTM−1P′+d=0\mathbf{N}^T \mathbf{M}^{-1}\mathbf{P}' + d = 0NTM−1P′+d=0,由此可看出新的平面為 N′=(NTM−1)T\mathbf{N}'=\left(\mathbf{N}^T \mathbf{M}^{-1}\right)^TN′=(NTM−1)T ,而這正是本文的主要結果:

N′=(M−1)TN\mathbf{N}'=\left( \mathbf{M}^{-1}\right)^T \mathbf{N}N′=(M−1)TN

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法向量
垂直
線性變換
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旋轉
法向量
法向量
線性變換
法向量
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