ベクトルの回転運動を外積を用いて表す
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2025.07.03
x y 平面上に点P( x, y ) があります。原点を起点とするベクトル OP を考えます。OP を原点を中心に反時計回りに ω rad/s の一定の速さで回転させます。ただし 0 ≦ ω ≦ π/2 とします。すると、OP の回転運動は次のベクトルで表されます。
Arcsin{ | OP' ☆ OP | / ( x2 + y2 ) }ez
ただし、
OP' ( x cos ω − y sin ω , x sin ω + y cos ω )
ez は z軸方向の単位ベクトル
B ☆ A は ベクトルAに対してベクトルBを外積させる演算を表す。
Arcsin{ OP' ☆ OP / ( x2 + y2 ) } = ω です。確かめてみましょう。
| B ☆ A | = ax by − ay bx の公式を使って、
| OP' ☆ OP | = x2 sin ω + x y cos ω − x y cos ω + y2 sin ω
=→ ( x2 + y2 ) sin ω
よって、 | OP' ☆ OP | / ( x2 + y2 ) = sin ω
よって、 Arcsin{ | OP' ☆ OP | / ( x2 + y2 ) } = ω
では、次に、ω > π/2 の場合について考えましょう。
ω を π/2 で割った余りを r とし、ω を r で割った数( 分数 )を h とします。
すると、OP の回転運動は次のベクトルで表されます。
h × Arcsin{ | OP' ☆ OP | / ( x2 + y2 ) }ez
ただし、
OP' ( x cos r − y sin r , x sin r + y cos r )