Tips och lösning till övning 17.39

SamverkanLinalgLIU

(Skillnad mellan versioner)
Hoppa till: navigering, sök
Rad 40: Rad 40:
* <math>\boldsymbol{f}_1</math> avbildas på <math>\boldsymbol{f}_1</math>
* <math>\boldsymbol{f}_1</math> avbildas på <math>\boldsymbol{f}_1</math>
-
* <math>\boldsymbol{f}_2</math> avbildas på <math>F(\boldsymbol{f}_2)=\cos\theta\boldsymbol{f}_2+\sin\theta\boldsymbol{f}_3</math>
+
* <math>\boldsymbol{f}_2</math> avbildas på <math>\cos\theta\boldsymbol{f}_2+\sin\theta\boldsymbol{f}_3</math>
-
* <math>\boldsymbol{f}_3</math> avbildas på <math>F(\boldsymbol{f}_3)=-\sin\theta\boldsymbol{f}_2+\cos\theta\boldsymbol{f}_3</math>
+
* <math>\boldsymbol{f}_3</math> avbildas på <math>-\sin\theta\boldsymbol{f}_2+\cos\theta\boldsymbol{f}_3</math>
Rita figur eller anvvänd figur 16.25.
Rita figur eller anvvänd figur 16.25.

Versionen från 19 november 2008 kl. 11.24

Tips 1

Grundidéen är densamma som i övning 17.38, dvs du skall genomföra ett basbyte så att

  • det blir lätt att ta fram avbildningsmatrisen \displaystyle A_{\boldsymbol{f}} i den nya basen
  • det är ett byte mellan ON-baser (det blir ju lätt att ta fram inversen till basbytesmatrisen \displaystyle T genom att det räcker att transponera densamma)

Man avslutar sedan uppgiften genom att ta fram avbildningsmatrisen \displaystyle A_{\boldsymbol{e}} för i den ursprungliga basen genom sambandet \displaystyle A_{\boldsymbol{e}}=TA_{\boldsymbol{f}}T^t


Tips 2

I den nya HON-basen \displaystyle \underline{\boldsymbol{f}} låter du \displaystyle \boldsymbol{f}_1 vara en enhetsvektor parallell med rotationsaxeln och \displaystyle \boldsymbol{f}_2 ortogonal mot \displaystyle \boldsymbol{f}_1. \displaystyle \boldsymbol{f}_3 skall vara ortogonal mot det plan som spänns upp av \displaystyle \boldsymbol{f}_1 och \displaystyle \boldsymbol{f}_2. Du har nu basbytesmatrisen \displaystyle T.


Tips 3

Avbildningsmatriserna \displaystyle A_{\boldsymbol{f}}respektive \displaystyle B_{\boldsymbol{f}} erhålles nu genom att avbilda (rotera) de nya basvektorerna, dvs

  • \displaystyle \boldsymbol{f}_1 avbildas på \displaystyle \boldsymbol{f}_1
  • \displaystyle \boldsymbol{f}_2 avbildas på \displaystyle F(\boldsymbol{f}_2)=\cos\theta\boldsymbol{f}_2+\sin\theta\boldsymbol{f}_3
  • \displaystyle \boldsymbol{f}_3 avbildas på \displaystyle F(\boldsymbol{f}_3)=-\sin\theta\boldsymbol{f}_2+\cos\theta\boldsymbol{f}_3

Rita figur eller anvvänd figur 16.25.


Tips 2

I den nya HON-basen \displaystyle \underline{\boldsymbol{f}} låter du \displaystyle \boldsymbol{f}_1 vara en enhetsvektor parallell med rotationsaxeln och \displaystyle \boldsymbol{f}_2 ortogonal mot \displaystyle \boldsymbol{f}_1. \displaystyle \boldsymbol{f}_3 skall vara ortogonal mot det plan som spänns upp av \displaystyle \boldsymbol{f}_1 och \displaystyle \boldsymbol{f}_2. Du har nu basbytesmatrisen \displaystyle T.


Tips 3

Avbildningsmatriserna \displaystyle A_{\boldsymbol{f}} erhålles nu genom att avbilda (rotera) de nya basvektorerna, dvs

  • \displaystyle \boldsymbol{f}_1 avbildas på \displaystyle \boldsymbol{f}_1
  • \displaystyle \boldsymbol{f}_2 avbildas på \displaystyle \cos\theta\boldsymbol{f}_2+\sin\theta\boldsymbol{f}_3
  • \displaystyle \boldsymbol{f}_3 avbildas på \displaystyle -\sin\theta\boldsymbol{f}_2+\cos\theta\boldsymbol{f}_3

Rita figur eller anvvänd figur 16.25.


Lösning


Byt till en ny höger ON-bas \displaystyle \underline{\boldsymbol{f}}, där \displaystyle \boldsymbol{f}=\underline{\boldsymbol{e}}\frac{1}{\sqrt3}\begin{pmatrix}1\\1\\1\end{pmatrix} så att \displaystyle F(\boldsymbol{f}_1)=\boldsymbol{f}_1=\underline{\boldsymbol{f}}\begin{pmatrix}1\\0\\0\end{pmatrix}.. Välj t.ex., \displaystyle \boldsymbol{f}_2=\underline{\boldsymbol{e}}\frac{1}{\sqrt2}\begin{pmatrix}1\\{-1}\\0\end{pmatrix} och sedan \displaystyle \boldsymbol{f}_3=\boldsymbol{f}_1\times\boldsymbol{f}_2=\underline{\boldsymbol{e}}\frac{1}{\sqrt6}\begin{pmatrix}1\\1\\{-2}\end{pmatrix}, så att

\displaystyle \underline{\boldsymbol{f}}=\underline{\boldsymbol{e}}T,\quad T=\left(\begin{array}{rrr}

\frac{1}{\sqrt3}&\frac{1}{\sqrt2}&\frac{1}{\sqrt6}\\ \frac{1}{\sqrt3}&-\frac{1}{\sqrt2}&\frac{1}{\sqrt6}\\ \frac{1}{\sqrt3}&0&-\frac{2}{\sqrt6} \end{array}\right)

=\frac{1}{\sqrt6}\begin{pmatrix}{\sqrt2}&{\sqrt3}&1\\{\sqrt2}&{-\sqrt3}&1\\{\sqrt2}&0&{-2}\end{pmatrix}.

Då är

\displaystyle F(\boldsymbol{f}_2)=\cos\theta\boldsymbol{f}_2+\sin\theta\boldsymbol{f}_3=-\frac{1}{2}\boldsymbol{f}_2+\frac{\sqrt3}{2}\boldsymbol{f}_3=\underline{\boldsymbol{f}}\begin{pmatrix}{0}\\{-1/2}\\{\sqrt3/2}\end{pmatrix}
\displaystyle F(\boldsymbol{f}_3)=-\sin\theta\boldsymbol{f}_2+\cos\theta\boldsymbol{f}_3=-\frac{\sqrt3}{2}\boldsymbol{f}_2+\frac{1}{2}\boldsymbol{f}_3=\underline{\boldsymbol{f}}\begin{pmatrix}{0}\\{-\sqrt3/2}\\{1/2}\end{pmatrix},

så att

\displaystyle A_{\boldsymbol{f}}=\begin{pmatrix}1&0&0\\0&{-1/2}&{-\sqrt3/2}\\0&{\sqrt3/2}&{1/2}\end{pmatrix} =2\begin{pmatrix}2&0&0\\0&{-1}&{-\sqrt3}\\0&{\sqrt3}&{-1}\end{pmatrix}.

Avbildningsmatrisen ges av

\displaystyle \begin{align}

A_{\boldsymbol{e}}&=TA_{\boldsymbol{f}}T^t=2\frac{1}{\sqrt6}\frac{1}{\sqrt6} \begin{pmatrix}{\sqrt2}&{\sqrt3}&1\\{\sqrt2}&{-\sqrt3}&1\\{\sqrt2}&0&{-2}\end{pmatrix} \begin{pmatrix}2&0&0\\0&{-1}&{-\sqrt3}\\0&{\sqrt3}&{-1}\end{pmatrix} \begin{pmatrix}{\sqrt2}&{\sqrt2}&{\sqrt2}\\{\sqrt3}&{-\sqrt3}&0\\1&1&{-2}\end{pmatrix}\\ &=\begin{pmatrix}0&0&1\\1&0&0\\0&1&0\end{pmatrix}.

\end{align}


Den här artikeln är hämtad från http://wiki.math.se/wikis/samverkan/linalg-LIU/index.php/Tips_och_l%C3%B6sning_till_%C3%B6vning_17.39