laisser $\mathbf a$ et $\mathbf b$être des vecteurs 3D. Trouver un $3\times3$ matrice $\mathbf R$ tel que $\mathbf {Ra} = \mathbf a_{\bot \mathbf b}$.

Question

Salut comme le titre l'indique, j'essaye de trouver ça.

laisser $\mathbf a$ et $\mathbf b$être des vecteurs 3D. Trouver un$3\times3$ matrice $\mathbf R$ tel que $\mathbf {Ra} = \mathbf a_{\bot \mathbf b}$.

selon mes exercices, la réponse est

$$ R = \frac{1}{b^2} \begin{bmatrix} b^2_y+b^2_z & -b_xb_y & -b_xb_z \\ -b_xb_y & b^2_x+b^2_z & -b_yb_z \\ -b_xb_z & -b_yb_z & b^2_x+b^2_y \\ \end{bmatrix} $$

Je n'ai pas pu arriver à cette solution et j'ai réussi à aller aussi loin que

$$ a_{\bot b} = a - a_{||b} = a - \frac{a\cdot b}{b^2}b $$ et je peux remplacer $ a_{||b} $ pour son expression en tant que produit matriciel $$ a_{||b} = \frac{1}{b^2}bb^{\mathrm T}a $$ et ceci est un produit extérieur donc il devient $$a_{\bot b} = \frac{1}{b^2}\begin{bmatrix} b^2_x & b_xb_y & b_xb_z \\ b_xb_y & b^2_y & b_yb_z \\ b_xb_z & b_yb_z & b^2_z+b^2_y \\ \end{bmatrix}\begin{bmatrix} a_x \\ a_y \\ a_z \\ \end{bmatrix}$$

de cela je peux obtenir $$ Ra = a - \frac{1}{b^2}\begin{bmatrix} b^2_x & b_xb_y & b_xb_z \\ b_xb_y & b^2_y & b_yb_z \\ b_xb_z & b_yb_z & b^2_z+b^2_y \\ \end{bmatrix}\begin{bmatrix} a_x \\ a_y \\ a_z \\ \end{bmatrix} $$ C'est tout ce que j'ai pu obtenir et je ne suis pas sûr des étapes nécessaires pour obtenir la dernière équation à la première.

Merci pour tout aperçu que tout le monde peut fournir.

Answer 1

Les dernières étapes seront $$ \begin{align*} Ra &= a - \frac{1}{b^2}\begin{bmatrix}b_x^2 & b_xb_y & b_xb_z\\ b_xb_y & b_y^2 & b_yb_z\\ b_xb_z & b_yb_z & b_z^2\end{bmatrix}a\\ &= \frac{1}{b^2}\Bigg(b^2I - \begin{bmatrix}b_x^2 & b_xb_y & b_xb_z\\ b_xb_y & b_y^2 & b_yb_z\\ b_xb_z & b_yb_z & b_z^2\end{bmatrix}\Bigg)a \\ \end{align*}$$ Remarquerez que $b^2 = b_x^2 + b_y^2 + b_z^2$. Alors$$\begin{align*} Ra &= \frac{1}{b^2}\Bigg(\begin{bmatrix}b_x^2 + b_y^2 + b_z^2& 0 & 0\\ 0 & b_x^2 + b_y^2 + b_z^2 & 0\\ 0 & 0 & b_x^2 + b_y^2 + b_z^2\end{bmatrix}-\begin{bmatrix}b_x^2 & b_xb_y & b_xb_z\\ b_xb_y & b_y^2 & b_yb_z\\ b_xb_z & b_yb_z & b_z^2\end{bmatrix}\Bigg)a \\ &= \frac{1}{b^2}\begin{bmatrix}b_y^2 + b_z^2 & -b_xb_y & -b_xb_z\\ -b_xb_y & b_x^2 + b_z^2 & -b_yb_z\\ -b_xb_z & -b_yb_z & b_x^2 + b_y^2\end{bmatrix}a\end{align*} $$ Par conséquent $$ R = \frac{1}{b^2}\begin{bmatrix}b_y^2 + b_z^2 & -b_xb_y & -b_xb_z\\ -b_xb_y & b_x^2 + b_z^2 & -b_yb_z\\ -b_xb_z & -b_yb_z & b_x^2 + b_y^2\end{bmatrix}$$