تبليغاتX
رياضيات زيبا - پارامترهای اویلری (Euler Parameters)

چهار پارامتر e_0, e_1, e_2 و e_3 یک دوران متناهی پیرامون یک محور دلخواه را توصیف می کنند.. پارامترهای اویلری به صورت زیر مشخص می شوند

cos(phi/2)  =  e_0                      

[e_1; e_2; e_3]  =  e                       

n^^sin(phi/2),  =                          

(که  n^^ بردار قائم یکه است)، و در نمایش اسکالر ـ بردار یک چهارگان (quaternion) هستند.

 (e_0,e)=e_0+e_1i+e_2j+e_3k.                 

چون قضیه ی دوران اویلر (Euler's rotation theorem) بیان می کند که یک دوران دلخواه تنها با ۳ پارامتر توصیف می شود، لذا رابطه ای مانند زیر بایستی بین این چهار پارامتر وجود داشته باشد

e_0^2+e_1^2+e_2^2+e_3^2  =  e_0^2+e·e           

1  =                        

 (Goldstein 1980, p. 153). ارتباط زاویه ی دوران با پارامترهای اویلر توسط رابطه ی زیر داده می شود

2e_0^2-1  =  cosphi              

e_0^2-e·e  =                       

e_0^2-e_1^2-e_2^2-e_3^2  =                       

و در نهایت

 n^^sinphi=2ee_0.             

پارامترهای اویلر را می توان بر حسب جملاتی از زوایای اویلری (Euler angles) نیز نمایش داد

cos[1/2(phi+psi)]cos(1/2theta)  =  e_0                  

cos[1/2(phi-psi)]sin(1/2theta)  =  e_1                   

 sin[1/2(phi-psi)]sin(1/2theta)  =  e_2                   

sin[1/2(phi+psi)]cos(1/2theta)  =  e_3                   

 (Goldstein 1980, p. 155).

با استفاده از پارامترهای اویلری فرمول دوران (rotation formula) به دست می آید

 r^'=r(e_0^2-e_1^2-e_2^2-e_3^2)+2e(e·r)+(r×n^^)sinphi,                     

و ماتریس دوران (rotation matrix) به شکل زیر حاصل می شود

 [x^'; y^'; z^']=A[x; y; z],               

که عناصر ماتریس عبارت اند از

 a_(ij)=delta_(ij)(e_0^2-e_ke_k)+2e_ie_j+2epsilon_(ijk)e_0e_k.                  

در اینجا از قاعده ی جمع اینیشتین استفاده شده است و delta_(ij) تابع دلتای کرونکر (i=j آنگاه ۱= delta_(ij) و در غیر این صورت ۰= delta_(ij)) و  epsilon_(ijk) تانسور لوی ـ سیویتا (Levi - Civita) یا نماد جایگشت (permutation symbol) می باشد.

عناصر ماتریس هم به شکل زیر رائه می شوند

e_0^2+e_1^2-e_2^2-e_3^2  =  a_(11)                  

2(e_1e_2+e_0e_3)  =  a_(12)                  

2(e_1e_3-e_0e_2)  =  a_(13)                  

2(e_1e_2-e_0e_3)  =  a_(21)                  

e_0^2-e_1^2+e_2^2-e_3^2  =  a_(22)                  

2(e_2e_3+e_0e_1)  =  a_(23)                  

2(e_1e_3+e_0e_2)  =  a_(31)                  

2(e_2e_3-e_0e_1)  =  a_(32)                  

  e_0^2-e_1^2-e_2^2+e_3^2.  =  a_(33)                  

منابع:

Arfken, G. Mathematical Methods for Physicists, 3rd ed. Orlando, FL: Academic Press, pp. 198-200, 1985.

Goldstein, H. Classical Mechanics, 2nd ed. Reading, MA: Addison-Wesley, 1980.

Landau, L. D. and Lifschitz, E. M. Mechanics, 3rd ed. Oxford, England: Pergamon Press, 1976.

+ نوشته شده در ساعت 15:23 توسط علیرضا بهتاش