第214章 事實真相→四元數→擴展到五元數_穹頂天魂的新書_思兔 
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第214章 事實真相→四元數→擴展到五元數(1 / 2)

我記得上大學時,我的數學老師是個個子矮小的廖教授,紡大教授,這麼多年過去了,他給我們講課時那自信滿滿的樣子,我就會不自覺的露出笑容,即便如此,當年教授給我們的知識也很多被遺忘了,知識就是這樣,長期不用了,就會遺忘了,隻有不停的去使用,你才是它的主人,一旦撒手,它就是你的主人,它認識你,你不認識它!

就比如我現在心心念念的去追尋的四維時空轉換問題,其實當初大學老師都教過我們了。隻是那些書都在我原來的房間樓梯間裡發黴了!

現在回想起來,真不能怪我,知識用來方恨少,提筆欲書坎坷多!

下麵我們就來回顧一下四元數的前世今生:

四元數(aternions)是一種擴展了複數係統的數係,由愛爾蘭數學家威廉·羅恩·哈密頓(illiaroanhailton)在1843年提出。四元數可以用來表示三維空間中的旋轉,這在計算機圖形學、機器人學和航空航天工程等領域非常有用。

一個四元數可以寫成以下形式

[qa+bi+cj+dk]

其中,a、b、c、d是實數,而i、j、k是四元數的三個虛部單位。這三個虛部單位滿足以下乘法規則

[i2j2k2ijk1]

[ijk,\adjik]

[jki,\adkji]

[kij,\adikj]

這些規則表明四元數的乘法不滿足交換律,即一般情況下pqeqqp。

四元數的一個重要應用是表示三維空間中的旋轉。特彆是,一個單位四元數可以表示一個旋轉軸和一個旋轉角度。給定一個單位四元數qa+bi+cj+dk,其中a2+b2+c2+d21,它可以用來表示圍繞軸\theta,u的旋轉,其中\theta是旋轉角度,ub,c,d是旋轉軸的方向向量,a\s\theta2。

使用四元數進行旋轉的優勢在於避免了萬向節鎖(giballock)的問題,並且在數值上更加穩定。此外,四元數的插值(如球麵線性插值,slerp)了平滑的旋轉路徑,這在動畫和實時渲染中非常有用。

四元數在現代技術中的應用包括但不限於

計算機圖形學中的三維模型旋轉

航空航天工程中的姿態控製

機器人學中的運動規劃

虛擬現實和增強現實中的頭部追蹤

遊戲開發中的角色和物體的旋轉

四元數的概念雖然相對複雜,但由於其在處理旋轉時的效率和穩定性,它們在需要高效、準確地處理旋轉操作的領域中得到了廣泛的應用。

接下來我們把它擴展到一般的五元數和55的矩陣中按標準矩陣運算法則運算,來找出其規律!

在數學中,五元數(tenions)並不是一個像四元數(aternions)那樣廣為人知且有明確定義的代數結構。四元數是由威廉·羅恩·哈密頓(illiaroanhailton)在1843年提出的,它們構成一個四維的超複數係統,具有特定的乘法規則。然而,對於五元數或其他更高維度的超複數係統,並沒有一個統一的定義或者廣泛接受的乘法規則。

如果我們試圖構造一個五元數係統,我們可以考慮一個形如qa+bi+cj+dk+el的表達式,其中a,b,c,d,e是實數,而i,j,k,l是五個虛部單位。但是,為了使這個係統成為一個代數,我們需要定義這些虛部單位之間的乘法規則,並且這些規則需要保證乘法的封閉性(即任意兩個五元數的乘積仍然是五元數)。

在四元數中,虛部單位i,j,k的乘法規則是精心設計的,以滿足特定的代數性質,例如無零因子(nonzerodivirs)和結合律(asciativity)。然而,當我們嘗試擴展到五元數時,要保持這些性質變得非常困難。實際上,如果要求乘法結合律,那麼這樣的五元數係統是不可能存在的,因為根據弗羅貝尼烏斯定理(frobenitheore),實數域上的有限維可除代數隻有三種實數、複數和四元數。

儘管如此,數學家們仍然對探索更高維度的超複數係統感興趣,這些係統可能具有不同的乘法規則和代數性質。這些探索可能會導致新的數學理論的發展,但截至目前,還沒有一個像四元數那樣具有明確乘法規則和廣泛應用的“標準”五元數係統。



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