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Kurs

Drehung mittels Matrizen

1 Übersicht

Inhalt des Kurses

In diesem Kurs wird die Matrixmultiplikation wiederholt und die Drehung von Punkten und Geraden um einen Punkt in der Ebene erklärt. Außerdem werden besondere Drehwinkel genauer betrachtet.

Vorkenntnisse

Kursdauer

1,5 Stunden

2 Die Matrix

Definition

Eine Matrix ist eine rechteckige Anordnung von mathematischen Objekten. Sie hat im Allgemeinen nn Zeilen und mm Spalten, also: nmn\cdot m Einträge. Die Pluralform heißt Matrizen.

A=(a11a1nam1amn)\displaystyle A=\begin{pmatrix}{ a}_{11}&\cdots&{ a}_{ 1n}\\\vdots&\ddots&\vdots\\{ a}_{m1}&\cdots&{ a}_{mn}\end{pmatrix}

Beispiele von Matrizen

2x2 Matrix

Allgemein:

(a11  a12a21  a22)\def\arraystretch{1.25} \left(\begin{array}{rl}a_{11}\ \ a_{12}\\a_{21} \ \ a_{22}\end{array}\right)

konkret:

(2530)\begin{pmatrix}2 & 5\\3 & 0\end{pmatrix}

3x3 Matrix

Allgemein:

(a11  a12  a13a21  a22  a23a31  a32  a33)\def\arraystretch{1.25} \left(\begin{array}{rl}a_{11}\ \ a_{12}\ \ a_{13}\\a_{21} \ \ a_{22}\ \ a_{23}\\a_{31}\ \ a_{32}\ \ a_{33}\end{array}\right)

konkret:

(371029153)\begin{pmatrix}3 & -7 & 1\\0 & 2 & 9\\-1 &5 & 3\end{pmatrix}

3 Erklärung: Multiplikation einer 2x2 Matrix mit einem Vektor

Merkspruch: Zeile mal Spalte

(a11  a12a21  a22)(xy)=(a11x+a12ya21x+a22y)\def\arraystretch{1.25} \left(\begin{array}{rl}a_{11}\ \ a_{12}\\a_{21} \ \ a_{22}\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}x \\ y\end{array}\right) = \left(\begin{array}{rl}a_{11} x + a_{12} y\\a_{21} x + a_{22}y\end{array}\right)

Im folgenden Applet kann man sich nochmal alles Schritt für Schritt ansehen:

4 Beispiel: Multiplikation einer 2x2 Matrix mit einem Vektor

Merkspruch: Zeile mal Spalte

(1  23  4)(56)\displaystyle \def\arraystretch{1.25} \left(\begin{array}{rl}1\ \ 2\\3 \ \ 4\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}5 \\ 6\end{array}\right)

Man verwendet die Formel (a11a12a21a22)(x1x2)=(a11x1+a12x2a21x1+a22x2)\begin{pmatrix}a_{11} & a_{12}\\a_{21} & a_{22} \end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix} x_{1} \\ x_{2} \end{pmatrix}=\begin{pmatrix} a_{11}\cdot x_1+a_{12}\cdot x_2 \\a_{21}\cdot x_1+a_{22}\cdot x_2 \end{pmatrix}

Daher muss man den ersten Eintrag der ersten Zeile der Matrix 11 mit dem oberen Eintrag des Vektors 55 multiplizieren und den zweiten Eintrag der ersten Zeile der Matrix 22 mit dem unteren Eintrag des Vektors 66 multiplizieren. Die Summe der beiden Produkte ist der obere Eintrag der Lösung.

(15+26)=(5+12)\displaystyle \begin{pmatrix}1\cdot 5 + 2\cdot6\\…\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}5+12\\…\end{pmatrix}

Um nun den unteren Eintrag deiner Lösung zu erhalten, muss man dasselbe für die zweite Zeile wiederholen.

Also wird der erste Eintrag der zweiten Zeile der Matrix 33 mit dem oberen Eintrag des Vektors 55 multipliziert und der zweite Eintrag der zweiten Zeile der Matrix 44 mit dem unteren Eintrag des Vektors 66 multipliziert. Die Summe der beiden Produkte ergibt den unteren Eintrag der Lösung.

(1735+46)=(1739)\begin{pmatrix}17\\3 \cdot 5+4 \cdot 6\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}17\\39\end{pmatrix}

5 Aufgaben: Multiplikation einer 2x2 Matrix mit einem Vektor

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6 Herleitung der Abbildungsgleichung (1/2)

Der Punkt PP wird mit dem Winkel α\alpha um den Ursprung gedreht.

Welche Koordinaten hat jetzt der neue Punkt PP' ?

Um diese Frage beantworten zu können, benötigt man die Abbildungsgleichung der Drehung. Diese wird im folgenden hergeleitet:

Zuerst bestimmt man die Koordinaten des Hilfspunktes QQ', der durch Drehung des grünen Dreiecks entsteht:

xQ=xcosα  (x_{Q'} = x \cdot \cos \alpha \ \ (% da rechtwinkliges Dreieck mit Hypotenuse OQ=x)\overline{OQ'} = x)

yQ=xsinα  (y_{Q'} = x \cdot \sin \alpha \ \ (% da rechtwinkliges Dreieck mit Hypotenuse OQ=x)\overline{OQ'} = x)

Q(xcosαxsinα)\Rightarrow Q' (x \cos \alpha| x\sin \alpha)

Hilfpunkt Q

Um die Koordinaten von PP' zu berechnen, läuft man zuerst vom Ursprung OO zum Hilfspunkt QQ' und dann weiter zu PP'. Man bildet also eine Vektorkette:

OP=OQ+QP\overrightarrow{OP'} = \overrightarrow{OQ'} + \overrightarrow{Q'P'}

Den Vektor QP\overrightarrow{Q'P'} erhält man mit Hilfe der Polarkoordinaten:

QP=(ycos(α+90°)ysin(α+90°))\displaystyle \overrightarrow{Q'P'}= \begin{pmatrix} y \cos (\alpha +90°)\\ y \sin (\alpha + 90°) \end{pmatrix}

(xy)=(xcosαxsinα)+(ycos(90°+α)ysin(90°+α))\displaystyle \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}x \cos \alpha \\ x \sin \alpha\end{pmatrix} +\begin{pmatrix}y \cos (90°+ \alpha) \\ y \sin (90° + \alpha)\end{pmatrix}
Koordinaten von P'

7 Herleitung der Abbildungsgleichung (2/2)

Zur Wiederholung:

(xy)=(xcosαxsinα)+(ycos(90°+α)ysin(90°+α))\displaystyle \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}x \cos \alpha \\ x \sin \alpha\end{pmatrix} +\begin{pmatrix}y \cos (90°+ \alpha) \\ y \sin (90° + \alpha)\end{pmatrix}

Jetzt wendet man die Additionstheoreme an, um dies zu vereinfachen.

  • cos(90°+α)=cos90°cosαsin90°sinα=sinα\cos (90° + \alpha)= \cos 90°\cdot \cos \alpha - \sin90°\cdot \sin\alpha = -\sin \alpha

  • sin(90°+α)=sin90°cosα+cos90°sinα=cosα\sin(90°+ \alpha)= \sin90° \cdot \cos\alpha + \cos90° \cdot \sin \alpha =\cos \alpha

(xy)=(xcosαxsinα)+(ysinαycosα)=(xcosαysinαxsinα+ycosα)\displaystyle \Rightarrow \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}x \cos \alpha \\ x \sin \alpha\end{pmatrix} +\begin{pmatrix} - y \sin \alpha \\ y \cos \alpha\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}x \cos \alpha -y\sin\alpha \\ x \sin \alpha + y \cos\alpha\end{pmatrix}

Der Punkt PP' hat also folgende Koordinaten:

P(xcosαysinαxsinα+ycosα)P'(x\cos\alpha-y\sin\alpha|x\sin\alpha+y\cos\alpha)

Nun schreibt man das noch in der Matrixschreibweise, um den Ausgangsvektor OP\overrightarrow{OP} als auch den Bildvektor OP\overrightarrow{OP'} hervorzuheben:

(xy)=(cosα  sinαsinα      cosα)(xy)\displaystyle \def\arraystretch{1.25} \Rightarrow \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}= \left(\begin{array}{rcl}\cos\alpha\ \ -\sin \alpha\\\sin\alpha \ \ \ \ \ \ \cos \alpha\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rcl}x \\ y\end{array}\right)

8 Beispiel: Drehung eines Punktes um den Ursprung

Drehung des Punktes PP um 45°45°.

Man wendet nun die Matrixformel an, die man gerade hergeleitet bzw. gelernt hat:

(xy)=(cosα  sinαsinα      cosα)(xy)\displaystyle \def\arraystretch{1.25} \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}= \left(\begin{array}{rl}\cos\alpha\ \ -\sin \alpha\\\sin\alpha \ \ \ \ \ \ \cos \alpha\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}x \\ y\end{array}\right)

Jetzt wird der Winkel α=45°\alpha= 45° und der Punkt P(32)P(3|2) eingesetzt.

(xy)=(cos45°  sin45°sin45°      cos45°)(32)=(12  1212      12)(32)=(312212312+212)(xy)=(12512)\displaystyle \def\arraystretch{1.25} \begin{array}{rl}\begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}&= \left(\begin{array}{rcl}\cos 45°\ \ -\sin 45°\\\sin 45° \ \ \ \ \ \ \cos 45°\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rcl}3 \\ 2\end{array}\right)\\ &=\left(\begin{array}{rcl}\frac{1}{\sqrt{2}}\ \ -\frac{1}{\sqrt{2}}\\\frac{1}{\sqrt{2}} \ \ \ \ \ \ \frac{1}{\sqrt{2}}\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rcl}3 \\ 2\end{array}\right)\\&= \begin{pmatrix} 3\cdot \frac{1}{\sqrt 2} - 2\cdot \frac{1}{\sqrt2}\\ 3 \cdot \frac{1}{\sqrt2} + 2\cdot \frac{1}{\sqrt2} \end{pmatrix} \\ \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}& = \begin{pmatrix} \frac{1}{\sqrt2} \\ 5 \frac{1}{\sqrt2}\end{pmatrix}\end{array}

Der Bildpunkt PP' besitzt also die Koordinaten P(1252)P' \left(\frac{1}{\sqrt2}|\frac{5}{\sqrt2}\right).

Drehung

9 Aufgaben: Drehung eines Punktes um den Ursprung

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10 Beispiel: Drehung einer Geraden um den Ursprung

Die Gerade gg mit y=0,5x+2y=0{,}5 x +2 soll mit dem Winkel α=50°\alpha=50° um den Ursprung gedreht werden.

Gesucht ist jetzt also die Geradengleichung von gg'.

Man wählt einen allgemeinen Punkt Pn(x0,5x+2)P_n(x|0{,}5x+2) auf der Geraden und dreht diesen um 50°50° um den Ursprung:

Skizze

(xy)=(cos50°sin50°sin50°cos50°)(x0,5x+2)(0,6x0,8(0,5x+2)0,8x+0,6(0,5x+2))=(0,2x1,61,1x+1,2)\def\arraystretch{1.25} \begin{array}{rcl}\begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}&=& \begin{pmatrix}\cos 50° & -\sin 50° \\ \sin 50°& \cos 50°\end{pmatrix}\cdot\begin{pmatrix}x \\0{,}5x+2\end{pmatrix}\\\\&\approx & \begin{pmatrix}0{,}6x-0{,}8\cdot (0{,}5x+2)\\ 0{,}8x+0{,}6\cdot (0{,}5x+2)\end{pmatrix}\\\\&=&\begin{pmatrix}0{,}2x-1{,}6\\1{,}1x+1{,}2\end{pmatrix}\end{array}

x0,2x1,6(1)y1,1x+1,2(2)\def\arraystretch{1.25} \Rightarrow \begin{array}{rrcc}x'&\approx 0{,}2x & -1{,}6 &(1)\\y'&\approx 1{,}1x & +1{,}2 &(2)\end{array}

Nun haben wir einen Punkt Pn(0,2x1,61,1x+1,2)P_n'(0{,}2x-1{,}6|1{,}1x+1{,}2) erhalten, der auf der Bildgeraden gg' liegt.

Gesucht ist aber die Gleichung der Geraden gg'. Diese ist der Trägergraph der Punkte PnP_n'.

Dazu löst man die Gleichung (1)(1) nach xx auf.

x=x+1,60,2x=\frac{x'+1{,}6}{0{,}2}

Diese Gleichung setzt man nun in (2)(2) ein:

y=1,1x+1,60,2+1,2y'= 1{,}1 \cdot \frac{x'+1{,}6}{0{,}2} +1{,}2

y=5,5x+8,8+1,2\phantom{y'}=5{,}5x'+8{,}8+1{,}2

y=5,5x+10\phantom{y'}= 5{,}5x' +10

Die gedrehte Gerade gg' besitzt also etwa die Gleichung g:y=5,5x+10g': y=5{,}5x +10.

11 Aufgaben: Drehung einer Geraden um den Ursprung

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12 Drehung mit besonderen Winkelmaßen

Da Drehungen mit Winkelmaßen wie 90°,180°90°, 180° und 270°270° besonders häufig vorkommen, sollte man sich für die speziellen Winkelmaße die Abbildungsgleichungen gut einprägen.

Drehung um

Koordinatenform

Matrixform

90°90°

x=y y=x\def\arraystretch{1.25} \begin{array}{rcr}x'&=& -y\\ \wedge~y'&=& x\end{array}

(xy)=(0  11      0)(xy)\def\arraystretch{1.25} \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}= \left(\begin{array}{rl}0\ \ -1\\1 \ \ \ \ \ \ 0\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}x \\ y\end{array}\right)

180°180°Punktspiegelung

x=x y=y\def\arraystretch{1.25} \begin{array}{rcr}x'&=&-x\\\wedge~y'&=&-y\end{array}

(xy)=(1    00  1)(xy)\def\arraystretch{1.25} \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}= \left(\begin{array}{rl}-1\ \ \ \ 0\\0 \ \ -1\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}x \\ y\end{array}\right)

270°270°

x=y y=x\def\arraystretch{1.25} \begin{array}{rcr}x'&=& y\\\wedge~y'&=& -x\end{array}

(xy)=(0       11    0)(xy)\def\arraystretch{1.25} \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}= \left(\begin{array}{rl}0\ \ \ \ \ \ \ 1\\-1 \ \ \ \ 0\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}x \\ y\end{array}\right)

13 Drehung eines Punktes um einen beliebigen Punkt Z

Der Punkt PP soll um das Zentrum ZZ mit dem Winkel α\alpha gedreht werden.

Um diese Abbildung zu beschreiben, definiert man sich einen Hilfspunkt QQ mit folgender Bedingung:

OQ=ZP\overrightarrow{OQ} = \overrightarrow{ZP}

Nun wird der Hilfspunkt QQ mit dem Winkel α\alpha um den Ursprung gedreht:

OQ=(cosα  sinαsinα      cosα)OQ\displaystyle \def\arraystretch{1.25} \overrightarrow{OQ'}= \left(\begin{array}{rl}\cos\alpha\ \ -\sin \alpha\\\sin\alpha \ \ \ \ \ \ \cos \alpha\end{array}\right) \cdot\overrightarrow{OQ}
Drehung

Im letzten Schritt muss man an den Vektor OQ\overrightarrow{OQ'} den Vektor OZ\overrightarrow{OZ} anhängen und erhält somit OP\overrightarrow{OP'}:

OP=OQ+OZ\overrightarrow{OP'}=\overrightarrow{OQ'}+\overrightarrow{OZ}

Also zusammenfassend kann gesagt werden:

Man dreht zuerst den Vektor ZP\overrightarrow{ZP} um den Ursprung und führt im Anschluss eine Parallelverschiebung mit dem Vektor OZ\overrightarrow{OZ} durch:

Verschiebung
(xy)=(cosα  sinαsinα      cosα)ZP+OZ\displaystyle \def\arraystretch{1.25} \begin{pmatrix} x'\\y' \end{pmatrix} =\left(\begin{array}{rl}\cos\alpha\ \ -\sin \alpha\\\sin\alpha \ \ \ \ \ \ \cos \alpha\end{array}\right) \cdot\overrightarrow{ZP} + \overrightarrow{OZ}

14 Beispiel: Drehung eines Punktes um einen beliebigen Punkt Z

Der Punkt P(4,51,5)P(4{,}5|1{,}5) soll um das Zentrum Z(2,50,5)Z(2{,}5|0{,}5) mit dem Winkel α=45°\alpha =45° gedreht werden.

Wie in der Herleitung dreht man zuerst den Vektor

ZP=(4,52,51,50,5)=(21)\,\overrightarrow{ZP} = \begin{pmatrix}4{,}5-2{,}5\\1{,}5-0{,}5\end{pmatrix}= \begin{pmatrix} 2\\1\end{pmatrix}

um den Ursprung:

OQ=(cosα  sinαsinα      cosα)ZP=(cos45°  sin45°sin45°      cos45°)(21)=(12  1212    12)(21)OQ=(1232)\displaystyle \def\arraystretch{1.25} \begin{array}{rl}\overrightarrow{OQ'}&= \left(\begin{array}{rl}\cos\alpha\ \ -\sin \alpha\\\sin\alpha \ \ \ \ \ \ \cos \alpha\end{array}\right) \cdot\overrightarrow{ZP}\\&= \left(\begin{array}{rl}\cos45°\ \ -\sin 45°\\\sin 45° \ \ \ \ \ \ \cos 45°\end{array}\right) \cdot\left(\begin{array}{rl}2 \\ 1\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}2 \\ 1\end{array}\right)\\\overrightarrow{OQ'} &= \begin{pmatrix}\frac{1}{\sqrt2}\\ \frac{3}{\sqrt2} \end{pmatrix}\end{array}
Drehung

Jetzt muss nur noch die Parallelverschiebung durchgeführt werden:

(xy)=OQ+OZ=(1232)+(2,50,5)(xy)=(5+221+322)\displaystyle \def\arraystretch{1.25} \begin{array}{rl}\begin{pmatrix}x'\\ y'\end{pmatrix}&= \overrightarrow{OQ'}+\overrightarrow{OZ}\\&=\begin{pmatrix} \frac{1}{\sqrt2}\\ \frac{3}{\sqrt2} \end{pmatrix} +\begin{pmatrix} 2{,}5 \\ 0{,}5 \end{pmatrix}\\ \begin{pmatrix}x'\\ y'\end{pmatrix}&=\begin{pmatrix} \frac{5+\sqrt2}{2} \\ \frac{1+3\sqrt2}{2}\end{pmatrix}\end{array}

Der Punkt PP' besitzt also die Koordinaten P(5+221+322)P'\left(\frac{5+\sqrt2}{2}|\frac{1+3\sqrt2}{2}\right).

Verschiebung

15 Aufgaben: Drehung eines Punktes um einen beliebigen Punkt Z

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

Drehung einer Gerade um Z

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

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}

Drehung des Vektors ZPn

2. Parallelverschiebung

Jetzt muss nur noch die Parallelverschiebung durchgeführt werden:

(xy)=OQn+OZ=(0,75x+221,25x42)+(12)=(0,75x+22+11,25x42+2)\displaystyle \begin{pmatrix}x'\\ y'\end{pmatrix} = \overrightarrow{OQ_n'}+\overrightarrow{OZ}=\begin{pmatrix}\frac{0{,}75x+2}{\sqrt2} \\ \frac{1{,}25x-4}{\sqrt2} \end{pmatrix}+\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \end{pmatrix}=\begin{pmatrix} \frac{0{,}75x+2}{\sqrt2} +1\\ \frac{1{,}25x-4}{\sqrt2} +2\end{pmatrix}

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

Parallelverschiebung

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.

x=2(x1)20,75=423x8+423\displaystyle x=\dfrac{\sqrt{2}(x'-1)-2}{0{,}75}=\dfrac{4\sqrt{2}}{3}x'-\dfrac{8+4\sqrt{2}}{3}

Das wird nun in (2) eingesetzt:

y=1,25(423x8+423)2+122=53x2+1123\displaystyle y'=\dfrac{1{,}25(\frac{4\sqrt{2}}{3}x'-\dfrac{8+4\sqrt{2}}{3})}{\sqrt{2}}+1-2\sqrt{2}=\frac{5}{3}x'-\dfrac{2+11\sqrt{2}}{3}

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

17 Aufgaben: Drehung einer Geraden g um einen beliebigen Punkt Z

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18 Zusammenfassung und Ausblicke

Hier nocheinmal eine Zusammenfassung des in diesem Kurs behandelten Stoffes:

Drehung um den Ursprung

  • in Koordinatenform:

    x=xcosαysinαx'= x\cos\alpha -y\sin\alpha

    y=xsinα+ycosαy'=x\sin\alpha + y\cos\alpha

  • in Matrixform:

    (xy)=(cosα  sinαsinα      cosα)(xy)\def\arraystretch{1.25} \begin{pmatrix}x' \\ y'\end{pmatrix}= \left(\begin{array}{rcl}\cos\alpha\ \ -\sin \alpha\\\sin\alpha \ \ \ \ \ \ \cos \alpha\end{array}\right)\cdot\left(\begin{array}{rcl}x \\ y\end{array}\right)

Drehung von Punkt PP um einen beliebigen Punkt ZZ

  • in Matrixform:

    (xy)=(cosα  sinαsinα      cosα)ZP+OZ\def\arraystretch{1.25} \begin{pmatrix} x'\\y' \end{pmatrix} =\left(\begin{array}{rcl}\cos\alpha\ \ -\sin \alpha\\\sin\alpha \ \ \ \ \ \ \cos \alpha\end{array}\right) \cdot\overrightarrow{ZP} + \overrightarrow{OZ}

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