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 ≦ ωπ/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
         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 / ( x2y2 ) } = ω です。確かめてみましょう。

   | | = ax byay bx の公式を使って、
      | OP'OP | = x2 sin ωx y cos ωx y cos ωy2 sin ω
               =→ ( x2y2 ) sin ω
   よって、 | OP'OP | / ( x2y2 ) = sin ω
   よって、 Arcsin{ | OP'OP | / ( x2y2 ) } = ω


 では、次に、ωπ/2 の場合について考えましょう。
 ωπ/2 で割った余りを r とし、ωr 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 )