Lineaire afbeeldingen: Matrices en coördinatentransformaties
Overgang op een ander coördinatenstelsel
We gaan het inleidende voorbeeld veralgemeniseren tot de -dimensionale Euclidische ruimte .
De eenheidsvectoren horen bij een keuze van een assenstelsel in de Euclidische ruimte . Maar je kan ook een ander assenstelsel kiezen. In feite definieer je dan asvectoren langs nieuwe assen. Stel Dan wordt de transformatiematrix gedefinieerd door Let op dat je de getransformeerde neemt van het getallenschema in de lineaire combinaties van de -vectoren.
Elke vector in kunnen we uitschrijven als lineaire combinatie van de eenheidsvectoren . We schrijven Dat kunnen we ook doen met de : Natuurlijk vragen we ons af welke verband er tussen de 's en de 's zijn. Welnu:
In korte notatie: De transformatiematrix is per definitie inverteerbaar en we noteren deze inverse ook als . Met andere woorden
Stel dat een lineaire afbeelding van naar is. We weten al dat daar bij de keuze van een assenstelsel geldt dat het een matrixafbeelding is, dat wil zeggen, dat er een matrix bestaat zodanig dat . We hebben hier de labels gebruikt om aan te geven dat een assenstelsel is gekozen met bijpassende eenheidsvectoren . Dezelfde lineaire afbeelding kan ook ten opzichte van een ander assenstelsel met asvectoren als matrixafbeelding beschreven worden, via een matrix . De volgende stelling beschrijft het verband tussen de twee matrices.
Bij overgang van -coördinaten naar -coördinaten geldt Als we de transformatiematrix , die de vectoren beschrijft als lineaire combinaties van de vectoren , afkorten met de letter , dan geldt dus Onderstaand schema illustreert de coördinatentransformatie.
.
De eerste gelijkheid volgt uit door deze beeldvectoren als kolommen in de matrix te plaatsen.
De transformatiematrix van -coördinaten naar -coördinaten wordt gegeven door We hebben ook de inverse van deze transformatiematrix nodig. Deze kan berekend worden met de algemene formule voor inverse van een )-matrix, maar misschien beter met onderstaand veegproces We lezen af:
Dan: