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Drehung mittels Matrizen

16Beispiel: Drehung einer Gerade g um einen beliebigen Punkt Z

Drehung einer Gerade um Z

Die Gerade gg mit y=14x1y=\frac{1}{4} x -1 soll mit dem Winkel α=45°\alpha=45° um das Zentrum Z(12)Z (1|2) gedreht werden.

Gesucht ist jetzt also die Geradengleichung von gg'.

Man wählt einen allgemeinen Punkt Pn(x14x1)P_n(x|\frac{1}{4}x-1) auf der Geraden und dreht diesen um 45°45° um ZZ:

1. Drehung des Vektors ZPn\overrightarrow{ZP_n} um den Ursprung:

Drehung des Vektors ZPn

ZPn=(x114x12)=(x114x3)\overrightarrow{ZP_n} = \begin{pmatrix}x-1\\ \frac{1}{4}x-1-2\end{pmatrix}= \begin{pmatrix} x-1\\ \frac{1}{4}x - 3\end{pmatrix}

OQn=(cosα  sinαsinα      cosα)ZPn\def\arraystretch{1.25} \overrightarrow{OQ_n'}= \left(\begin{array}{rl}\cos\alpha\ \ -\sin \alpha\\\sin\alpha \ \ \ \ \ \ \cos \alpha\end{array}\right) \cdot\overrightarrow{ZP_n}%%%%= \left(\begin{array}{rl}\cos45°\ \ -\sin 45°\\\sin 45° \ \ \ \ \ \ \cos 45°\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}x-1 \\ \frac{1}{4}x-3\end{array}\right)%% %%=\left(\begin{array}{rl}\frac{1}{\sqrt2}\ \ -\frac{1}{\sqrt2}\\\frac{1}{\sqrt2} \ \ \ \ \frac{1}{\sqrt2}\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}x-1 \\ \frac{1}{4}x - 3\end{array}\right) = \begin{pmatrix}\frac{x-1}{\sqrt2} -\frac{\frac{1}{4}x-3}{\sqrt2}\\ \frac{x-1}{\sqrt2} + \frac{\frac{1}{4}x-3}{\sqrt2} \end{pmatrix}=\begin{pmatrix}\frac{0{,}75x+2}{\sqrt2} \\ \frac{1{,}25x-4}{\sqrt2} \end{pmatrix}

2. Parallelverschiebung

Parallelverschiebung

Jetzt muss nur noch die Parallelverschiebung durchgeführt werden:

Pn(0,75x+22+11,25x42+2)\Rightarrow P_n'\left(\frac{0{,}75x+2}{\sqrt2} +1|\frac{1{,}25x-4}{\sqrt2} +2\right)

3. Berechnung des Trägergraphs

x=0,75x+22+1(1)y=1,25x42+1(2)\def\arraystretch{1.25} \Rightarrow \begin{array}{rrcc}x'&= \frac{0{,}75x+2}{\sqrt2} & +1 &(1)\\y'&= \frac{1{,}25x-4}{\sqrt2} & +1 &(2)\end{array}

Als erstes löst man die (1)-Gleichung nach xx auf.

Das wird nun in (2) eingesetzt:

Die gedrehte Gerade hat demnach folgende Gleichung g:y=53x2+1123g':y'=\dfrac{5}{3}x'-\dfrac{2+11\sqrt2}{3}


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