回転行列を使ってベクトルを回転

今回は回転行列を使って実際にベクトルを回転してみます。

練習

回転行列を使って、以下のベクトルを45度回転せよ

$\vec{a} = (3,  3) $



まず、回転行列を用意します。

回転行列

$ R(\theta) = \begin{bmatrix} \cos\theta & -\sin\theta \\ \sin\theta & \cos\theta \end{bmatrix} $

回転行列の式 $ R(\theta) = \begin{bmatrix} \cos\theta & -\sin\theta \\ \sin\theta & \cos\theta \end{bmatrix} $ のθに45°を代入します。

$ R(45^\circ) = \begin{bmatrix} \cos45^\circ & -\sin45^\circ \\ \sin45^\circ & \cos45^\circ \end{bmatrix} $

次に、三角関数表を使って、sinθ、とcosθを具体的な値に置き換えます。

$ \begin{bmatrix} \cos45^\circ & -\sin45^\circ \\ \sin45^\circ & \cos45^\circ \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0.7071 & -0.7071 \\ 0.7071 & 0.7071 \end{bmatrix} $

後は、この回転行列とベクトル$\vec{a}$を掛け算すれば回転が完了です。

$ R(45^\circ)\times\vec{a} = \begin{bmatrix} 0.7071 & -0.7071 \\ 0.7071 & 0.7071 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 3 \\ 3 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0.7071 \times 3 + (-0.7071) \times 3 \\ 0.7071 \times 3 + 0.7071 \times 3 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 4.2426 \end{bmatrix} $

練習問題

以下のベクトルを回転行列を使用して指定の角度で回転せよ。

 ① $\vec{v} = (2,\ 2)$ 角度:20°
 ② $\vec{v} = (3,\ 15)$ 角度:30°
 ③ $\vec{v} = (-3,\ 3)$ 角度:60°
 ④ $\vec{v} = (5,\ -9)$ 角度:90°
 ⑤ $\vec{v} = (1,\ 0)$ 角度:180°

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