Hela algebra · 2013-12-07

Uppgift 6

Hela tentan
Uppgift 6

Ett Kartesiskt koordinatsystem för rummet är givet.

(a)

Bestäm matrisen för den linjära avbildning som ges av rotation $\pi/2$ moturs runt $z$-axeln.

(b)

Bestäm matrisen för den linjära avbildning som ges av rotation $\pi/2$ moturs runt linjen $\ell$ med riktning $(1,2,0)$. (Möjlig hjälp: Verifiera att $\mathbf{f}=(\mathbf{f}_1,\mathbf{f}_2,\mathbf{f}_3)$ där $\mathbf{f}_1=(0,0,1)$, $\mathbf{f}_2=\frac{1}{\sqrt{5}}(2,-1,0)$ och $\mathbf{f}_3=\frac{1}{\sqrt{5}}(1,2,0)$ är en positivt orienterad ON-bas. Notera att $\mathbf{f}$ bildar basen i ett nytt koordinatsystem där $z$-axeln följer $\ell$.)

Visa lösningDölj lösning

(a) En rotation med $90^\circ$ kring $z$-axeln har matris

$$A=\begin{pmatrix}0&-1&0\\1&0&0\\0&0&1\end{pmatrix}.$$

(b) Vektorerna $f_1,f_2,f_3$ bildar en positivt orienterad ON-bas. Basbytesmatrisen från $f$ till standardbasen är

$$B=\begin{pmatrix}0&2/\sqrt5&1/\sqrt5\\0&-1/\sqrt5&2/\sqrt5\\1&0&0\end{pmatrix}.$$

Rotationen kring $(1,2,0)$ får därför matrisen $BAB^{-1}=BAB^T$, alltså

$$\begin{pmatrix}1/5&2/5&2/\sqrt5\\2/5&4/5&-1/\sqrt5\\-2/\sqrt5&1/\sqrt5&0\end{pmatrix}.$$

Figur