間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).

四元数の行列表現において,可逆元とその逆元を左右から作用させる

四元数の行列表現において,可逆元とその逆元を左右から作用させる

q=wq+xqi+yqj+zqk[wq+xqiyq+zqi(yqzqi)wqxqi]p=wp+xpi+ypj+zpk[wp+xpiyp+zpi(ypzpi)wpxpi] q1=q¯|q|21wq2+xq2+yq2+zq2[wqxqiyqzqi(yq+zqi)wq+xqi] qpq11wq2+xq2+yq2+zq2[wq+xqiyq+zqi(yqzqi)wqxqi][wp+xpiyp+zpi(ypzpi)wpxpi][wqxqiyqzqi(yq+zqi)wq+xqi]=1wq2+xq2+yq2+zq2[(wq2+xq2+yq2+zq2)wp+((wq2+xq2yq2zq2)xp+2(xqyqwqzq)yp+2(wqyq+xqzq)zp)i2(wqzq+xqyq)xp+(wq2xq2+yq2zq2)yp+2(yqzqwqxq)zp+(2(xqzqwqyq)xp+2(wqxq+yqzq)yp+(wq2xq2yq2+zq2)zp)i(2(wqzq+xqyq)xp+(wq2xq2+yq2zq2)yp+2(yqzqwqxq)zp(2(xqzqwqyq)xp+2(wqxq+yqzq)yp+(wq2xq2yq2+zq2)zp)i)(wq2+xq2+yq2+zq2)wp((wp2+xq2yq2zq2)xp+2(xqyqwqzq)yp+2(wqyq+xqzq)zp)i] wqpq1=(wq2+xq2+yq2+zq2)wpwq2+xq2+yq2+zq2=wpxqpq1=(wq2+xq2yq2zq2)xp+2(xqyqwqzq)yp+2(wqyq+xqzq)zpwq2+xq2+yq2+zq2yqpq1=2(wqzq+xqyq)xp+(wq2xq2+yq2zq2)yp+2(yqzqwqxq)zpwq2+xq2+yq2+zq2zqpq1=2(xqzqwqyq)xp+2(wqxq+yqzq)yp+(wq2xq2yq2+zq2)zpwq2+xq2+yq2+zq2

特殊なp, qを考える

wq=cos(θ2),xq2+yq2+zq2=sin2(θ2)となる q及び wp=0となるpを考える.
また,この時 vx=xqsin(θ2),vy=yqsin(θ2),vz=zqsin(θ2),vx2+vy2+vz2=1となるようなvx,vy,vzを用意する. wq2+xq2+yq2+zq2=(cos2(θ2)+(sin(θ2)vx)2+(sin(θ2)vy)2+(sin(θ2)vz)2)=(cos2(θ2)+sin2(θ2)(vx2+vy2+vz2))=(cos2(θ2)+sin2(θ2))=1wqpq1=wp=0xqpq1=(wq2+xq2yq2zq2)xp+2(xqyqwqzq)yp+2(wqyq+xqzq)zp=(cos2(θ2)+(sin(θ2)vx)2(sin(θ2)vy)2(sin(θ2)vz)22(sin(θ2)vx)2+2(sin(θ2)vx)2)xp+2(sin(θ2)vxsin(θ2)vycos(θ2)sin(θ2)vz)yp+2(cos(θ2)sin(θ2)vy+sin(θ2)vxsin(θ2)vz)zp=(cos2(θ2)sin2(θ2)(vx2+vy2+vz2)+2sin2(θ2)vx2)xp+2sin2(θ2)vxvyyp2cos(θ2)sin(θ2)vzyp+2cos(θ2)sin(θ2)vyzp+2sin2(θ2)vxvzzp=(cos2(θ2)sin2(θ2)1)xp+2sin2(θ2)vx2xp+2sin2(θ2)(vxvyyp+vxvzzp)+2cos(θ2)sin(θ2)(vyzpvzyp)=(cos2(θ2)sin2(θ2))xp+2sin2(θ2)(vx2xp+vxvyyp+vxvzzp)+2cos(θ2)sin(θ2)(vyzpvzyp)=cos(θ)xp+(1cos(θ))((vxxp+vyyp+vzzp)vx)+sin(θ)(vyzpvzyp)cos2(θ2)sin2(θ2)=cos(θ2+θ2)=cos(θ)2sin2(θ2)=sin2(θ2)+sin2(θ2)=(1cos2(θ2))+sin2(θ2)=1(cos2(θ2)sin2(θ2))=1cos(θ)2cos(θ2)sin(θ2)=sin(θ2+θ2)=sin(θ)=(vxxp+vyyp+vzzp)vx+cos(θ)(xp(vxxp+vyyp+vzzp)vx)+sin(θ)(vyzpvzyp)=(VVp)vx+cos(θ)(xp(VVp)vx)+sin(θ)(vyzpvzyp)V=(vx,vy,vz),Vp=(xp,yp,zp)yqpq1=2(wqzq+xqyq)xp+(wq2xq2+yq2zq2)yp+2(yqzqwqxq)zp=(vxxp+vyyp+vzzp)vy+cos(θ)(yp(vxxp+vyyp+vzzp)vy)+sin(θ)(vzxpvxzp)=(VVp)vy+cos(θ)(yp(VVp)vy)+sin(θ)(vzxpvxzp)zqpq1=2(xqzqwqyq)xp+2(wqxq+yqzq)yp+(wq2xq2yq2+zq2)zp=(vxxp+vyyp+vzzp)vz+cos(θ)(zp(vxxp+vyyp+vzzp)vz)+sin(θ)(vxypvyxp)=(VVp)vz+cos(θ)(zp(VVp)vz)+sin(θ)(vxypvyxp) Pqpq1=wqpq1+xqpq1i+yqpq1j+zqpq1k=0+((VVp)vx+cos(θ)(xp(VVp)vx)+sin(θ)(vyzpvzyp))i+((VVp)vy+cos(θ)(yp(VVp)vy)+sin(θ)(vzxpvxzp))j+((VVp)vz+cos(θ)(zp(VVp)vz)+sin(θ)(vxypvyxp))k=(VVp)(vxi+vyj+vzk)+cos(θ)(xpi+ypj+zpk)cos(θ)(VVp)(vxi+vyj+vzk)+sin(θ)((vyzpvzyp)i+(vzxpvxzp)j(vxypvyxp)k)=(VVp)V+cos(θ)Vpcos(θ)(VVp)V+sin(θ)(V×Vp)=(VVp)V+cos(θ)(Vp(VVp))V+sin(θ)(V×Vp) これはベクトルVp=(xp,yp,zp)を,回転軸V=(vx,vy,vz)周りにθだけ回す変換となる.
qpq11wq2+xq2+yq2+zq2[wq+xqiyq+zqi(yqzqi)wqxqi][wp+xpiyp+zpi(ypzpi)wpxpi][wqxqiyqzqi(yq+zqi)wq+xqi]=1wq2+xq2+yq2+zq2[(wq+xqi)(wp+xpi)+(yq+zqi)((ypzpi))(wq+xqi)(yp+zpi)+(yq+zqi)(wpxpi)((yqzqi))(wp+xpi)+(wqxqi)((ypzpi))((yqzqi))(yp+zpi)+(wqxqi)(wpxpi)][wqxqiyqzqi(yq+zqi)wq+xqi]=1wq2+xq2+yq2+zq2[wqwp+wqxpi+xqiwp+xqixpi+yq(yp)+yqzpi+zqi(yp)+zqizpiwqyp+wqzpi+xqiyp+xqizpi+yqwp+yq(xpi)+zqiwp+zqi(xpi)(yq)wp+(yq)xpi+zqiwp+zqixpi+wq(yp)+wqzpi+(xqi)(yp)+(xqi)zpi(yq)yp+(yq)zpi+zqiyp+zqizpi+wqwp+wq(xpi)+(xqi)wp+(xqi)(xpi)][wqxqiyqzqi(yq+zqi)wq+xqi]=1wq2+xq2+yq2+zq2[wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)iwqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i(wqypxqzp+yqwp+zqxp(wqzp+xqypyqxp+zqwp)iwqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i][wqxqiyqzqi(yq+zqi)wq+xqi]=1wq2+xq2+yq2+zq2[(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wqxqi)+(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)((yq+zqi))(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yqzqi)+(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)(wq+xqi)((wqypxqzp+yqwp+zqxp(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(wqxqi)+(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)((yq+zqi))((wqypxqzp+yqwp+zqxp(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(yqzqi)+(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wq+xqi)]=1wq2+xq2+yq2+zq2[(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wqxqi)+(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)(yqzqi))(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yqzqi)+(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)(wq+xqi)(wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(wqxqi)+(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yqzqi)(wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(yqzqi)+(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wq+xqi)]=1wq2+xq2+yq2+zq2[(wq2+xq2+yq2+zq2)wp+((wq2+xq2yq2zq2)xp+2(xqyqwqzq)yp+2(wqyq+xqzq)zp)i2(wqzq+xqyq)xp+(wq2xq2+yq2zq2)yp+2(yqzqwqxq)zp+(2(xqzqwqyq)xp+2(wqxq+yqzq)yp+(wq2xq2yq2+zq2)zp)i(2(wqzq+xqyq)xp+(wq2xq2+yq2zq2)yp+2(yqzqwqxq)zp(2(xqzqwqyq)xp+2(wqxq+yqzq)yp+(wq2xq2yq2+zq2)zp)i)(wq2+xq2+yq2+zq2)wp((wp2+xq2yq2zq2)xp+2(xqyqwqzq)yp+2(wqyq+xqzq)zp)i]

(1,1)要素

(1,1)要素の第一項
(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wqxqi)=(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wq)+(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(xqi)=wpwqwqwqxpxqwqypyqwqzpzq+wqxpxq+wpxqxq+xqyqzpxqypzq+(wqwqxp+wpwqxq+wqyqzpwqypzqwpwqxq+xpxqxq+xqypyq+xqzpzq)i (1,1)要素の第二項
(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)((yq+zqi))=(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)(yq)+(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)(zqi)=wqypyq+wpyqyq+xpyqzqxqyqzp+wqzpzq+wpzqzq+xqypzqxpyqzq+(wqyqzp+wpyqzq+xqypyqxpyqyqwqypzqwpyqzqxpzqzq+xqzpzq)i (1,1)要素の第一,二項の和
(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wqxqi)+(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)((yq+zqi))=wpwqwqwqxpxqwqypyqwqzpzq+wqxpxq+wpxqxq+xqyqzpxqypzq+wqypyq+wpyqyq+xpyqzqxqyqzp+wqzpzq+wpzqzq+xqypzqxpyqzq+(wqwqxp+wpwqxq+wqyqzpwqypzqwpwqxq+xpxqxq+xqypyq+xqzpzq+wqyqzp+wpyqzq+xqypyqxpyqyqwqypzqwpyqzqxpzqzq+xqzpzq)i=(wq2+xq2+yq2+zq2)wp+((wq2+xq2yq2zq2)xp+2(xqyqwqzq)yp+2(wqyq+xqzq)zp)i

(1,2)要素

(1,2)要素の第一項
(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yqzqi)=(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yq)+(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(zqi)=wpwqyq+xpxqyq+ypyqyq+zpzqyq+wqxpzq+wpxqzq+yqzpzqypzqzq+(wqxpyqwpxqyqyqyqzp+ypyqzqwpwqzq+xpxqzq+ypyqzq+zpzqzq)i (1,2)要素の第二項
(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)(wq+xqi)=(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)wq+(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)xqi=wqwqyp+wpwqyq+wqxpzqwqxqzpwqxqzpwpxqzqxqxqyp+xpxqyq+(wqwqzp+wpwqzq+wqxqypwqxpyq+wqxqyp+wpxqyq+xpxqzqxqxqzp)i (1,2)要素の第一,二項の和
(wqwpxqxpyqypzqzp+(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yqzqi)+(wqyp+yqwp+zqxpxqzp+(wqzp+zqwp+xqypyqxp)i)(wq+xqi)=wpwqyq+xpxqyq+ypyqyq+zpzqyq+wqxpzq+wpxqzq+yqzpzqypzqzq+wqwqyp+wpwqyq+wqxpzqwqxqzpwqxqzpwpxqzqxqxqyp+xpxqyq+(wqxpyqwpxqyqyqyqzp+ypyqzqwpwqzq+xpxqzq+ypyqzq+zpzqzq+wqwqzp+wpwqzq+wqxqypwqxpyq+wqxqyp+wpxqyq+xpxqzqxqxqzp)i=2(wqzq+xqyq)xp+(wq2xq2+yq2zq2)yp+2(yqzqwqxq)zp+(2(xqzqwqyq)xp+2(wqxq+yqzq)yp+(wq2xq2yq2+zq2)zp)i

(2,1)要素

(2,1)要素の第一項
(wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(wqxqi)=wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(wq)wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(xqi)=wqypwq+xqzpwqyqwpwqzqxpwq+wqzpxq+xqypxqyqxpxq+zqwpxq+(wqzpwq+xqypwqyqxpwq+zqwpwq+wqypxqxqzpxq+yqwpxq+zqxpxq)i (2,1)要素の第二項
(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yqzqi)=(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yq)+(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(zqi)=wqwpyqxqxpyqyqypyqzqzpyqwqxpzqxqwpzqyqzpzq+zqypzq+(wqxpyqxqwpyqyqzpyq+zqypyqwqwpzq+xqxpzq+yqypzq+zqzpzq)i (2,1)要素の第一,二項の和
(wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(wqxqi)+(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(yqzqi)=wqypwq+xqzpwqyqwpwqzqxpwq+wqzpxq+xqypxqyqxpxq+zqwpxq+(wqzpwq+xqypwqyqxpwq+zqwpwq+wqypxqxqzpxq+yqwpxq+zqxpxq)i+wqwpyqxqxpyqyqypyqzqzpyqwqxpzqxqwpzqyqzpzq+zqypzq+(wqxpyqxqwpyqyqzpyq+zqypyqwqwpzq+xqxpzq+yqypzq+zqzpzq)i=wqypwq+xqzpwqyqwpwqzqxpwq+wqzpxq+xqypxqyqxpxq+zqwpxq+wqwpyqxqxpyqyqypyqzqzpyqwqxpzqxqwpzqyqzpzq+zqypzq+(wqzpwq+xqypwqyqxpwq+zqwpwq+wqypxqxqzpxq+yqwpxq+zqxpxqwqxpyqxqwpyqyqzpyq+zqypyqwqwpzq+xqxpzq+yqypzq+zqzpzq)i=2(wqzq+xqyq)xp(wq2+xq2yq2+zq2)yp+2(wqxqyqzq)zp+((wq2xq2yq2+zq2)zp+2(wqxq+yqzq)yp+2(xqzqwqyq)xp)i=(2(wqzq+xqyq)xp+(wq2xq2+yq2zq2)yp+2(yqzqwqxq)zp(2(xqzqwqyq)xp+2(wqxq+yqzq)yp+(wq2xq2yq2+zq2)zp)i)

(2,2)要素

(2,2)要素の第一項
(wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(yqzqi)=(wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(yq)+(wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(zqi)=wqypyqxqzpyq+yqwpyq+zqxpyq+wqzpzq+xqypzqyqxpzq+zqwpzq+(wqzpyqxqypyq+yqxpyqzqwpyq+wqypzqxqzpzq+yqwpzq+zqxpzq)i (2,2)要素の第二項
(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wq+xqi)=(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wq)+(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(xqi)=wqwpwqxqxpwqyqypwqzqzpwq+wqxpxq+xqwpxq+yqzpxqzqypxq+(wqxpwqxqwpwqyqzpwq+zqypwq+wqwpxqxqxpxqyqypxqzqzpxq)i (2,1)要素の第一,二項の和
(wqyp+xqzpyqwpzqxp+(wqzp+xqypyqxp+zqwp)i)(yqzqi)+(wqwpxqxpyqypzqzp(wqxp+xqwp+yqzpzqyp)i)(wq+xqi)=(wqypyqxqzpyq+yqwpyq+zqxpyq+wqzpzq+xqypzqyqxpzq+zqwpzq+(wqzpyqxqypyq+yqxpyqzqwpyq+wqypzqxqzpzq+yqwpzq+zqxpzq)i)+(wqwpwqxqxpwqyqypwqzqzpwq+wqxpxq+xqwpxq+yqzpxqzqypxq+(wqxpwqxqwpwqyqzpwq+zqypwq+wqwpxqxqxpxqyqypxqzqzpxq)i)=wqypyqxqzpyq+yqwpyq+zqxpyq+wqzpzq+xqypzqyqxpzq+zqwpzq+wqwpwqxqxpwqyqypwqzqzpwq+wqxpxq+xqwpxq+yqzpxqzqypxq+(wqzpyqxqypyq+yqxpyqzqwpyq+wqypzqxqzpzq+yqwpzq+zqxpzqwqxpwqxqwpwqyqzpwq+zqypwq+wqwpxqxqxpxqyqypxqzqzpxq)i)=(wq2+xq2+yq2+zq2)wp+((wp2xq2+yq2+zq2)xp+2(wqzqxqyq)yp2(wqyq+xqzq)zp)i=(wq2+xq2+yq2+zq2)wp((wp2+xq2yq2zq2)xp+2(xqyqwqzq)yp+2(wqyq+xqzq)zp)i

四元数の行列表現での逆元

四元数の行列表現での逆元

q=w+xi+yj+zk[w+xiy+zi(yzi)wxi] |q|2=|w+xi+yj+zk|2|w+xiy+zi(yzi)wxi|=(w+xi)(wxi)(y+zi)((yzi))=(w+xi)(wxi)+(y+zi)(yzi)=w2+x2+y2+z2 q¯=wxiyjzk[w+(x)i(y)+(z)i((y)(z)i)w(x)i]=[wxiyzi(y+zi)w+xi] qq¯=(w+xi+yj+zk)(wxiyjzk)[w+xiy+zi(yzi)wxi][wxiyzi(y+zi)w+xi]=[(w+xi)(wxi)+(y+zi)((y+zi))(w+xi)(yzi)+(y+zi)(w+xi)((yzi))(wxi)+(wxi)((y+zi))((yzi))(yzi)+(wxi)(w+xi)]=[(w+xi)(wxi)+(y+zi)(yzi)(w+xi)(yzi)+(y+zi)(w+xi)(y+zi)(wxi)+(wxi)(yzi)(y+zi)(yzi)+(wxi)(w+xi)]=[w2wxi+wxi+x2+y2yzi+yzi+z2wywzixyi+xz+wy+xyi+wzixzwy+xyi+wzi+xz+wywzixyixzy2+yziyzi+z2+w2+wxiwxi+x2]=[w2+x2+y2+z200w2+x2+y2+z2] q¯q=(wxiyjzk)(w+xi+yj+zk)[wxiyzi(y+zi)w+xi][w+xiy+zi(yzi)wxi]=[(wxi)(w+xi)+(yzi)((yzi))(wxi)(y+zi)+(yzi)(wxi)((y+zi))(w+xi)+(w+xi)((yzi))((y+zi))(y+zi)+(w+xi)(wxi)]=[(wxi)(w+xi)+(yzi)(y+zi)(wxi)(y+zi)+(yzi)(wxi)(yzi)(w+xi)+(w+xi)(y+zi)(yzi)(y+zi)+(w+xi)(wxi)]=[w2+wxiwxi+x2+y2+yziyzi+z2wy+wzixyi+xzwy+xyiwzixzwy+xyiwzi+xzwy+wzixyixzy2+yziyzi+z2+w2wxi+wxi+x2]=[w2+x2+y2+z200w2+x2+y2+z2] qq¯|q|2=q¯q|q|2=qq¯|q|2=q¯|q|2q=1|q|2qq¯=1|q|2q¯q1w2+x2+y2+z2[w2+x2+y2+z200w2+x2+y2+z2]=[1001]=E q1=q¯|q|21w2+x2+y2+z2[wxiyzi(y+zi)w+xi]

四元数の行列表現での積

四元数の行列表現での積

w+xi+yj+zk[w+xiy+zi(yzi)wxi](w1+x1i+y1j+z1k)(w2+x2i+y2j+z2k)[w1+x1iy1+z1i(y1z1i)w1x1i][w2+x2iy2+z2i(y2z2i)w2x2i]=[(w1+x1i)(w2+x2i)+(y1+z1i)((y2z2i))(w1+x1i)(y2+z2i)+(y1+z1i)(w2x2i)((y1z1i))(w2+x2i)+(w1x1i)((y2z2i))((y1z1i))(y2+z2i)+(w1x1i)(w2x2i)]=[w1w2+w1x2i+x1iw2+x1ix2i+y1(y2)+y1z2i+z1i(y2)+z1iz2iw1y2+w1z2i+x1iy2+x1iz2i+y1w2+y1(x2i)+z1iw2+z1i(x2i)(y1)w2+(y1)x2i+z1iw2+z1ix2i+w1(y2)+w1z2i+(x1i)(y2)+(x1i)z2i(y1)y2+(y1)z2i+z1iy2+z1iz2i+w1w2+w1(x2i)+(x1i)w2+(x1i)(x2i)]=[(w1w2x1x2y1y2z1z2)+(w1x2+w2x1+y1z2z1y2)i(w1y2+w2y1+z1x2x1z2)+(w1z2+w2z1+x1y2y1x2)i((w1y2+w2y1+z1x2x1z2)(w1z2+w2z1+x1y2y1x2)i)(w1w2x1x2y1y2z1z2)(w1x2+w2x1+y1z2z1y2)i](w1w2x1x2y1y2z1z2)+(w1x2+w2x1+y1z2z1y2)i+(w1y2+w2y1+z1x2x1z2)j+(w1z2+w2z1+x1y2y1x2)k (w2+x2i+y2j+z2k)(w1+x1i+y1j+z1k)[w2+x2iy2+z2i(y2z2i)w2x2i][w1+x1iy1+z1i(y1z1i)w1x1i]=[(w2+x2i)(w1+x1i)+(y2+z2i)((y1z1i))(w2+x2i)(y1+z1i)+(y2+z2i)(w1x1i)((y2z2i))(w1+x1i)+(w2x2i)((y1z1i))((y2z2i))(y1+z1i)+(w2x2i)(w1x1i)]=[w2w1+w1x2i+x1iw2+x1ix2i+y2(y1)+y2z1i+z2i(y1)+z2iz1iw2y1+w2z1i+x2iy1+x2iz1i+y2w1+y2(x1i)+z2iw1+z2i(x1i)(y2)w1+(y2)x1i+z2iw1+z2ix1i+w2(y1)+w2z1i+(x2i)(y1)+(x2i)z1i(y2)y1+(y2)z1i+z2iy1+z2iz1i+w2w1+w2(x1i)+(x2i)w1+(x2i)(x1i)]=[(w1w2x1x2y1y2z1z2)+(w1x2+w2x1+y1z2z1y2)i(w1y2+w2y1+z1x2x1z2)+(w1z2+w2z1+x1y2y1x2)i((w1y2+w2y1+z1x2x1z2)(w1z2+w2z1+x1y2y1x2)i)(w1w2x1x2y1y2z1z2)(w1x2+w2x1+y1z2z1y2)i](w1w2x1x2y1y2z1z2)+(w1x2+w2x1+y1z2z1y2)i+(w1y2+w2y1+z1x2x1z2)j+(w1z2+w2z1+x1y2y1x2)k
四元数の積としては以下のようにまとまる. w=(w1w2x1x2y1y2z1z2)x=(w1x2+w2x1+y1z2z1y2)y=(w1y2+w2y1+z1x2x1z2)z=(w1z2+w2z1+x1y2y1x2) これは以前の計算結果と一致する

四元数の行列表現

四元数の行列表現

w+xi+yj+zk[w+xiy+zi(yzi)wxi]=w[1001]+x[i00i]+y[0110]+z[0ii0]=wE+xI+yJ+zK

四元数の単位同士の積の確認

iiII=[i00i][i00i]=[ii+00i0+0(i)0i+(i)000+(i)(i)]=[1001]=EjjJJ=[0110][0110]=[00+1(1)01+10(1)0+0(1)(1)1+00]=[1001]=EkkKK=[0ii0][0ii0]=[00+ii0i+i0i0+0iii+00]=[1001]=EijIJ=[i00i][0110]=[i0+0(1)i1+0000+(i)(1)01+(i)0]=[0ii0]=KjiJI=[0110][i00i]=[0i+1000+1(i)(1)i+00(1)0+0(i)]=[0ii0]=KikIK=[i00i][0ii0]=[i0+0iii+0000+(i)i0i+(i)0]=[0110]=JkiKI=[0ii0][i00i]=[0i+i000+i(i)ii+00i0+0(i)]=[0110]=JjkJK=[0110][0ii0]=[00+1i0i+10(1)0+0i(1)i+00]=[i00i]=IkjKJ=[0ii0][0110]=[00+i(1)01+i0i0+0(1)i1+00]=[i00i]=I

複素数の行列表現

複素数の行列表現

a+bi[abba](a+bi)(c+di)=ac+adi+bic+bidi=acbd+adi+bci=(acbd)+(ad+bc)i[abba][cddc]=[acbd(ad+bc)ad+bcacbd]()(c+di)(a+bi)=(acbd)+(ad+bc)i[cddc][abba]=[acbd(ad+bc)ad+bcacbd](a+ib)+(c+id)=(a+c)+(b+d)i[abba]+[cddc]=[a+c(b+d)b+da+c](a+bi)(c+di)=(ac)+(bd)i[abba][cddc]=[ac(bd)bdac]1c+di=1c+dicdicdi=cdic2+d21[cddc]=[cddc]11A=A1=1|cddc|[cddc][abcd]1=1|abcd|[dbca]=1c2+d2[cddc]a+bic+di=(a+bi)(cdi)(c+di)(cdi)=(ac+bd)+(bcad)ic2+d2[abba][cddc]=[abba]1[cddc]=[abba](1c2+d2[cddc])1[cddc]=1c2+d2[cddc]=1c2+d2[abba][cddc]=1c2+d2[ac+bd(bcad)bcadac+bd]

外積に外積を組み合わされた式 ( ベクトル三重積 )

外積に外積を組み合わされた式

(A×B)×C=|ijkxayazaxbybzb|(xci+ycj+zck)=((yazbybza)i+(xbzaxazb)j+(xaybxbya)k)×(xci+ycj+zck)=|ijk(yazbybza)i(xbzaxazb)j(xaybxbya)kxcyczc|={(xbzaxazb)zc(xaybxbya)yc}i+{(xaybxbya)xc(yazbybza)zc}j+{(yazbybza)yc(xbzaxazb)xc}k={(xbzazcxazbzc)(xaybycxbyayc)}i+{(ybxaxcyaxbxc)(yazbzcybzazc)}j+{(zbyayczaybyc)(zaxbxczbxaxc)}k={(xbzazcxazbzc)(xaybycxbyayc)+xbxaxcxaxbxc}i+{(ybxaxcyaxbxc)(yazbzcybzazc)+ybyaycyaybyc}j+{(zbyayczaybyc)(zaxbxczbxaxc)+zbzazczazbzc}k={(xbxaxc+xbyayc+xbzazc)i+(ybxaxc+ybyayc+ybzazc)j+(zbxaxc+zbyayc+zbzazc)k}{(xaxbxc+xaybyc+xazbzc)i+(yaxbxc+yaybyc+yazbzc)j+(zaxbxc+zaybyc+zazbzc)k}={(xaxc+yayc+zazc)xbi+(xaxc+yayc+zazc)ybj+(xaxc+yayc+zazc)zbk}{(xbxc+ybyc+zbzc)xai+(xbxc+ybyc+zbzc)yaj+(xbxc+ybyc+zbzc)zak}=(xaxc+yayc+zazc)(xbi+ybj+zbk)(xbxc+ybyc+zbzc)(xai+yaj+zak)=(AC)B(BC)A A×(B×C)=(xai+yaj+zak)×|ijkxbybzbxcyczc|=(xai+yaj+zak)×((ybzcyczb)i+(xczbxbzc)j+(xbycxcyb)k)=|ijkxayaza(ybzcyczb)(xczbxbzc)(xbycxcyb)|={ya(xbycxcyb)za(xczbxbzc)}i+{za(ybzcyczb)xa(xbycxcyb)}j+{xa(xczbxbzc)ya(ybzcyczb)}k={(xbyaycxcyayb)(xczazbxbzazc)}i+{(ybzazcyczazb)(ycxaxbybxaxc)}j+{(zbxaxczcxaxb)(zcyaybzbyayc)}k={(xbyaycxcyayb)(xczazbxbzazc)+xbxaxcxcxaxb}i+{(ybzazcyczazb)(ycxaxbybxaxc)+ybyaycycyayb}j+{(zbxaxczcxaxb)(zcyaybzbyayc)+zbzazczczazb}k={(xbxaxc+xbyayc+xbzazc)i+(ybxaxc+ybyayc+ybzazc)j+(zbxaxc+zbyayc+zbzazc)k}{(xcxaxb+xcyayb+xczazb)i+(ycxaxb+ycyayb+yczazb)j+(zcxaxb+zcyayb+zczazb)k}={(xaxc+yayc+zazc)xbi+(xaxc+yayc+zazc)ybj+(xaxc+yayc+zazc)zbk}{(xaxb+yayb+zazb)xci+(xaxb+yayb+zazb)ycj+(xaxb+yayb+zazb)zck}=(xaxc+yayc+zazc)(xbi+ybj+zbk)(xaxb+yayb+zazb)(xci+ycj+zck)=(AC)B(AB)C(A×B)×C=C×(A×B)A×B=B×A=((C)B)A((C)A)BA×(B×C)=(AC)B(AB)C=(AC)B(BC)AAB=BA,((A)B)=(AB)

内積と外積が組み合わされた式 ( スカラー三重積 )

内積と外積が組み合わされた式

外積したものと内積をとった場合 A(B×C)=(xai+yaj+zak)|ijkxbybzbxcyczc|=(xai+yaj+zak)((ybzcyczb)i+(xczbxbzc)j+(xbycxcyb)k)=xa(ybzcyczb)+ya(xczbxbzc)+za(xbycxcyb)=xaybzc+xbycza+xcyazbxayczbxbyazcxcybza (A×B)C=|ijkxayazaxbybzb|(xci+ycj+zck)=((yazbybza)i+(xbzaxazb)j+(xaybxbya)k)(xci+ycj+zck)=(yazbybza)xc+(xbzaxazb)yc+(xaybxbya)zc=xcyazbxcybza+xbyczaxayczb+xaybzcxbyazc=xaybzc+xbycza+xcyazbxayczbxbyazcxcybza 以上より内積と外積の位置が入れ替わった上記2式が等しいことがわかった. この計算をスカラー三重積と呼ぶ. A(B×C)=(A×B)C

スカラー三重積と循環シフト

前述の等式の各ベクトルの表す文字を循環シフトさせて文字を入れ替え,更に2つの等式を用意する. A(B×C)=(A×B)CB(C×A)=(B×C)A=A(B×C)AB=BAC(A×B)=(C×A)B=B(C×A)AB=BA 以上より6つの“内積と外積が組み合わされた式”は等しいことがわかった. A(B×C)=B(C×A)=C(A×B)=(A×B)C=(B×C)A=(C×A)B
(これらはA,B,Cを循環シフトした並びであり,A,C,Bのような入替えを含めた並びにはならない点に注意)

点と直線の距離 (直角三角形の面積を経由して求める)

直角三角形を作成し面積の公式より求める方法

P(xp,yp)からxと水平にax+by+c=0に向かって線分を引きA(xa,ya=yp)と,Pからxと垂直にax+by+c=0に向かって線分を引きB(xb=xp,yb)を用意する.
ABPPを直角とした直角三角形のため,ABPの面積は12APBPとなる.一方で,ABを底辺として考えるとPへのdを用いることで,ABPの面積は12ABdで表せる. この2式が同一の面積 を示すので等式にして,式変形でdを求める(dP(xp,yp)ax+by+c=0との距離となる). 12APBP=12ABdAPBP=ABdd=APBPAB APを求める. axa+byp+c=0ya=ypy=ypxaxa=baypcaAP=|xaxp|=|baypcaxp|=|1a(axp+byp+c)|=|1a(axp+byp+c)| BPを求める. axp+byb+c=0xb=xpx=xpybyb=abxpcbBP=|ybyp|=|abxpcbyp|=|1b(axp+byp+c)|=|1b(axp+byp+c)| ABを求める. AB=AP2+BP2=|1a(axp+byp+c)|2+|1b(axp+byp+c)|2=1a2|axp+byp+c|2+1b2|axp+byp+c|2=(1a2+1b2)|axp+byp+c|2=(a2+b2a2b2)|axp+byp+c|2=a2+b2|ab||axp+byp+c| dを求める. d=APBPAB=APBPAP2+BP2=|1a(axp+byp+c)||1b(axp+byp+c)|a2+b2|ab||axp+byp+c|=1|ab||axp+byp+c|2a2+b2|ab||axp+byp+c|=|axp+byp+c|a2+b2

点と直線の距離 (直交する直線の式を経由して求める)

直交する直線の式より交点を求め,距離を求める方法

P(xp,yp)ax+by+c=0の距離の公式を導く. ax+by+c=0y=abxcb 傾きαの直線に直交する直線の傾きは1αとなるので上記の直線の場合,直交する直線の傾きは以下のようになる. 1α=1ab=ba 上記傾きの直線がP(xp,yp)を通るのでこの直線の式は以下のようになる. yyp=ba(xxp)y=ba(xxp)+yp=baxbaxp+yp もとのy=abxcbと上記の直交するy=baxbaxp+ypとのQ(xq,yq)を求める. abxqcb=baxqbaxp+ypabxqbaxq=baxp+yp+cb(abba)xq=baxp+yp+cba2+b2abxq=baxp+yp+cbxq=aba2+b2(baxp+yp+cb)=1a2+b2(b2xpabypac)yq=abxqcb=ab{1a2+b2(b2xpabypac)}cb=1a2+b2(abxp+a2yp+a2bc)cb=1a2+b2{abxp+a2yp+a2bc(a2+b2)cb}=1a2+b2{abxp+a2yp+cb(a2a2b2)}=1a2+b2(abxp+a2ypb2cb)=1a2+b2(abxp+a2ypbc) 以上よりP(xp,yp)Q(xq,yq)の距離を求める. xqxp=1a2+b2(b2xpabypac)xp=1a2+b2{b2xpabypac(a2+b2)xp}=1a2+b2(b2xpabypaca2xpb2xp)=1a2+b2(a2xpabypac)=aa2+b2(axp+byp+c)(xqxp)2={aa2+b2(axp+byp+c)}2=(aa2+b2)2(axp+byp+c)2=(a)2(a2+b2)2(axp+byp+c)2=a2(a2+b2)2(axp+byp+c)2yqyp=1a2+b2(abxp+a2ypbc)yp=1a2+b2{abxp+a2ypbc(a2+b2)yp}=1a2+b2(abxp+a2ypbca2ypb2yp)=1a2+b2(abxpb2ypbc)=ba2+b2(axp+byp+c)(yqyp)2={ba2+b2(axp+byp+c)}2=(ba2+b2)2(axp+byp+c)2=(b)2(a2+b2)2(axp+byp+c)2=b2(a2+b2)2(axp+byp+c)2(xqxp)2+(yqyp)2=a2(a2+b2)2(axp+byp+c)2+b2(a2+b2)2(axp+byp+c)2={a2(a2+b2)2+b2(a2+b2)2}(axp+byp+c)2=a2+b2(a2+b2)2(axp+byp+c)2=1a2+b2(axp+byp+c)2=(axp+byp+c)2a2+b2(xqxp)2+(yqyp)2=(axp+byp+c)2a2+b2=|axp+byp+c|a2+b2 与えられるy=ax+bの形の場合,上記公式のb=1cbと表すことになる.よって公式は以下のように変わることになる. (xqxp)2+(yqyp)2=|axp+yp+b|a2+12

2点を補間した位置への回転操作のための四元数

2点を補間した位置への回転操作のための四元数

位置ベクトルpへの四元数q1, q2による回転操作を行った結果をp1p2とする. またp1p2との間を補間した位置をptとした時,pに対する回転操作でptとなる四元数qtを考える. q=w+xi+yj+zk=(w,xi+yj+zk)((),ijk())=(w,V)V=xi+yj+zkq=wxiyjzk=(w,xiyjzk)=(w,V)q=(cos(θ2),sin(θ2)V)V(V.|V|=1),θqq1pqpq1.q1=(cos(θ12),sin(θ12)V1)|q1|=1,|V1|=1,pp1=(C1,S1V1)q2=(cos(θ22),sin(θ22)V2)|q2|=1,|V2|=1pp2=(C2,S2V2)q12=(cos(θ122),sin(θ122)V12)|q12|=1,|V12|=1,pp1p2=(C12,S12V12)q1t=(cos(tθ122),sin(tθ122)V12)0t1,pp1p2ptV12.t調.=(C1t,S1tV12)qt=(cos(θt2),sin(θt2)Vt)|qt|=1,|Vt|=1,ppt=(Ct,StVt)


pp1p2q1q2の関係性からq12=(C12,S12V12)を求める. p1=q1pq11p2=q2pq21p2=q12p1q121=q12(q1pq11)q121p1=q1pq11=(q12q1)p(q11q121)q2=q12q1q12=q2q11=q2q1|q1|2q1=q|q|2=q2q1|q1|2=12=1=(C2,S2V2)(C1,S1V1)=(C1C2{S1}S2V2V1,C2S1V1+C1S2V2+{S1}S2V2×V1)q1q2=(w1,V1)(w2,V2)=(w1w2V1V2,w1V2+w2V1+V1×V2)=(C1C2+S1S2V1V2,C2S1V1+C1S2V2+S1S2V1×V2)AB=BA,A×B=B×AC12=C1C2+S1S2V1V2S12V12=C2S1V1+C1S2V2+S1S2V1×V2


pp1ptq1q1tの関係性からqt=(Ct,StVt)を求める. pt=qtpqt1pt=q1tp1q1t1=q1t(q1pq11)q1t1p1=q1pq11=(q1tq1)p(q11q1t1)qt=q1tq1=(C1t,S1tV12)(C1,S1V1)=(C1C1tS1S1tV12V1,C1tS1V1+C1S1tV12+S1S1tV12×V1)=(C1C1tS1S1tV1V12,C1tS1V1+C1S1tV12+S1S1tV12×V1)AB=BACt=C1C1tS1S1tV1V12StVt=C1tS1V1+C1S1tV12+S1S1tV12×V1


上記で求めたS12V12を用いて,V1V12を求めておく. S12V12=C2S1V1+C1S2V2+S1S2V1×V2V12=1S12{C2S1V1+C1S2V2+S1S2V1×V2}V1V12=V1[1S12{C2S1V1+C1S2V2+S1S2(V1×V2)}]=1S12{C2S1V1V1+C1S2V1V2+S1S2V1(V1×V2)}=1S12{C2S1+C1S2V1V2+S1S2V2(V1×V1)}V1V1=|V1|2=12=1,A(B×C)=C(A×B)()=1S12{C2S1+C1S2V1V2}A×A=0


上記で求めたV1V12を用いて,Ctを変形する. Ct=C1C1tS1S1tV1V12=C1C1tS1S1t[1S12{C2S1+C1S2V1V2}]V1V12=1S12{C2S1+C1S2V1V2}=C1C1tS1tS12{C2S12+C1S1S2V1V2}=C1C1tS1tS12{C2(1C12)+C1S1S2V1V2}sin2(θ)=1cos2(θ)=C1C1tS1tS12{C2+C12C2+C1S1S2V1V2}=C1C1tS1tS12{C2+C1(C1C2+S1S2V1V2)}=C1C1tS1tS12{C2+C1C12}C12=C1C2+S1S2V1V2=C1C1t+S1tS12C2S1tS12C1C12=S12C1tC12S1tS12C1+S1tS12C2=sin(θ122)cos(tθ122)cos(θ122)sin(tθ122)S12C1+S1tS12C2=sin(θ122tθ122)S12C1+S1tS12C2sin(α)cos(β)cos(α)sin(β)=sin(αβ)=sin((1t)θ122)S12C1+S1tS12C2=sin((1t)θ122)sin(θ122)C1+sin(tθ122)sin(θ122)C2


上記で求めたV12を用いて,StVtを変形する. StVt=C1tS1V1+C1S1tV12+S1S1tV12×V1=C1tS1V1+C1S1t[1S12{C2S1V1+C1S2V2+S1S2V1×V2}]+S1S1t[1S12{C2S1V1+C1S2V2+S1S2V1×V2}]×V1V12=1S12{C2S1V1+C1S2V2+S1S2V1×V2}=C1tS1V1+S1tS12{C1C2S1V1+C12S2V2+C1S1S2V1×V2}+S1tS12{C2S12V1×V1+C1S1S2V2×V1+S12S2V1×V2×V1}=C1tS1V1+S1tS12{C1C2S1V1+C12S2V2+C1S1S2V1×V2C2S12V1×V1+C1S1S2V1×V2+S12S2V1×V2×V1}=C1tS1V1+S1tS12[C1C2S1V1+C12S2V2+S12S2{(V1V1)V2(V2V1)V1}]A×A=0,A×B×C=(AC)B(BC)A=C1tS1V1+S1tS12[C1C2S1V1+C12S2V2+S12S2{|V1|2V2|V2||V1|cos(θ12)V1}]AA=|A|2,AB=|A||B|cos(θ)=C1tS1V1+S1tS12{C1C2S1V1+C12S2V2+S12S2V2S12S2cos(θ12)V1}|V1|=1,|V2|=1=C1tS1V1+S1tS12[{C1C2S1S12S2cos(θ12)}V1+{C12S2+S12S2}V2]=C1tS1V1+S1tS12[S1{C1C2+S1S2cos(θ12)}V1+S2{C12+S12}V2]=C1tS1V1+S1tS12{S1C12V1+S2V2}C12=C1C2+S1S2cos(θ12),cos2(θ)+sin2(θ)=1=S12C1tC12S1tS12S1V1+S1tS12S2V2=sin(θ122)cos(tθ122)cos(θ122)sin(tθ122)S12S1V1+S1tS12S2V2=sin(θ122tθ122)S12S1V1+S1tS12S2V2sin(α)cos(β)cos(α)sin(β)=sin(αβ)=sin((1t)θ122)S12S1V1+S1tS12S2V2=sin((1t)θ122)sin(θ122)S1V1+sin(tθ122)sin(θ122)S2V2


以上によりptpを回転させる四元数qtq1q2(及びθ12t)によって表すことができた. qt=(Ct,StVt)=(sin((1t)θ122)sin(θ122)C1+sin(tθ122)sin(θ122)C2,sin((1t)θ122)sin(θ122)S1V1+sin(tθ122)sin(θ122)S2V2)=sin((1t)θ122)sin(θ122)C1+sin(tθ122)sin(θ122)C2+sin((1t)θ122)sin(θ122)S1V1+sin(tθ122)sin(θ122)S2V2=sin((1t)θ122)sin(θ122)C1+sin((1t)θ122)sin(θ122)S1V1+sin(tθ122)sin(θ122)C2+sin(tθ122)sin(θ122)S2V2=sin((1t)θ122)sin(θ122)(C1,S1V1)+sin(tθ122)sin(θ122)(C2,S2V2)=sin((1t)θ122)sin(θ122)q1+sin(tθ122)sin(θ122)q2 これは“ 2点を補間した位置への回転操作のための三角凾数”と同様の式の形をしている.

2点を補間した位置への回転操作のための三角凾数

2点を補間した位置への回転操作のための三角凾数

ORPP1P2(R).OP1OP2θ. |OP|=|OP1|=|OP2|=ROP1OP2=|OP1||OP2|cos(θ) パラメータt(ただしt0t1の実数)を用いてOPとの関係(内積)を求めると以下のようになる OPOP1=|OP||OP1|cos(tθ)=R2cos(tθ)t0t1OPOP2=|OP||OP2|cos((1t)θ)=R2cos((1t)θ) OP=αOP1+βOP2で表すと仮定する. OPOP1=(αOP1+βOP2)OP1=αOP1OP1+βOP2OP1=α|OP1||OP1|cos(0)+β|OP1||OP2|cos(θ)=αR21+βR2cos(θ)=R2(α+βcos(θ))OPOP2=(αOP1+βOP2)OP2=αOP1OP2+βOP2OP2=α|OP1||OP2|cos(θ)+β|OP2||OP2|cos(0)=αR2cos(θ)+βR21=R2(αcos(θ)+β) 以上より以下の連立方程式が作れる. {α+βcos(θ)=cos(tθ)αcos(θ)+β=cos((1t)θ) 連立方程式を解く. (α+βcos(θ))cos(θ)=cos(tθ)cos(θ)cos(θ)αcos(θ)+βcos2(θ)=cos(tθ)cos(θ)(αcos(θ)+βcos2(θ))(αcos(θ)+β)=(cos(tθ)cos(θ))(cos((1t)θ))βcos2(θ)β=cos(tθ)cos(θ)(cos(θtθ))β(cos2(θ)1)=cos(tθ)cos(θ)(cos(θ)cos(tθ)+sin(θ)sin(tθ))cos(αβ)=cos(α)cos(β)+sin(α)sin(β)β(cos2(θ)1)=sin(θ)sin(tθ)β(1cos2(θ))=sin(θ)sin(tθ)βsin2(θ)=sin(θ)sin(tθ)β=sin(θ)sin(tθ)sin2(θ)β=sin(tθ)sin(θ)α+(sin(tθ)sin(θ))cos(θ)=cos(tθ)βα=cos(tθ)(sin(tθ)sin(θ))cos(θ)α=sin(θ)cos(tθ)cos(θ)sin(tθ)sin(θ)α=sin(θtθ)sin(θ)sin(α)cos(β)cos(α)sin(β)=sin(αβ)=sin((1t)θ)sin(θ)α,β=sin((1t)θ)sin(θ),sin(tθ)sin(θ) 解より点P1から点P2への移動の間の点Pを変数tを用いて以下のように表現できることが示せた. OP=αOP1+βOP2=sin((1t)θ)sin(θ)OP1+sin(tθ)sin(θ)OP2 三次元でも四元数を用いると同様の形の式となることを示した記事が“ 2点を補間した位置への回転操作のための四元数”です.