[Lineaire Algebra] 9. Eigenschappen van orthogonale matrices

Jun
Jun

Follow

22 sep, 2019 – 3 min read

Een 𝑛 ⨯ 𝑛 vierkante matrix 𝑸 wordt een orthogonale matrix genoemd als zijn 𝑛 kolom- en rijvectoren orthogonale eenheidsvectoren zijn. Meer specifiek, als de kolomvectoren lengte één hebben en paarsgewijs orthogonaal zijn; evenzo voor de rijvectoren.

Dit leidt tot de volgende karakterisering dat een matrix 𝑸 orthogonaal wordt als zijn getransponeerde gelijk is aan zijn inverse matrix.

  • Waarom is de inverse matrix van 𝑸 zijn getransponeerde matrix?

Figuur 1. Bewijs dat de inverse van 𝑸 de getransponeerde is

Eigenschappen van orthogonale matrices

  • 2.1 Elke orthogonale matrix is inverteerbaar
  • 2.2 Het product van orthogonale matrices is ook orthogonaal

Figuur 2. Bewijs dat waarom het product van orthogonale matrices orthogonaal is
  • 2.3 De determinant van orthogonale matrices

De determinant van een orthogonale matrix is gelijk aan 1 of -1. Aangezien det(A) = det(Aᵀ) en de determinant van product het product van determinanten is als A een orthogonale matrix is.

Figuur 3. Bewijs waarom de determinant van een orthogonale matrix 1 of -1 is
  • 2.4 Behoud van lengtes en hoeken

Figuur 4. Bewijs dat waarom orthogonale matrices lengtes behouden

Figuur 5. Bewijs waarom orthogonale matrices hoeken behouden
  • 2.5 Orthogonale matrices stellen een rotatie voor

Zoals in bovenstaande figuren is bewezen, blijven bij een orthogonale transformatie de lengtes en hoeken onveranderd. Ook is de determinant altijd 1 of -1, wat de volume-schaalfactor impliceert. Met andere woorden, de loodrechte transformatie laat hoeken en lengten onveranderd, en verandert het volume van het parallellepipedum niet. Hieruit kunnen we afleiden dat de loodrechte transformatie eigenlijk een rotatie is.

Referentie

https://en.wikipedia.org/wiki/Orthogonal_matrix

https://www.quora.com/Why-do-orthogonal-matrices-represent-rotations

https://byjus.com/maths/orthogonal-matrix/

http://www.math.utk.edu/~freire/teaching/m251f10/m251s10orthogonal.pdf

https://www.khanacademy.org/math/linear-algebra/alternate-bases/orthonormal-basis/v/lin-alg-orthogonal-matrices-preserve-angles-and-lengths

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *