解析几何坐标系变换.ppt

定定义义 设设                                ，，                 令令称称矩矩阵阵                      为为矩矩阵阵     与与      矩矩阵阵的的乘乘积，记为积，记为                   方法如下：方法如下： 矩阵的乘法矩阵的乘法 记为记为例如例如不存在不存在. 主主对对角角元元全全为为1 1而而其其他他元元素素全全为为零零的的n n阶方阵称为阶方阵称为n n阶单位矩阵，记为阶单位矩阵，记为 或或 , ,即即定义定义称为称为单位矩阵单位矩阵（或（或单位阵单位阵））. .性质性质1 1 对任一对任一m m××n n矩阵矩阵 , ,均有均有 ，， 一一. 仿射坐标系仿射坐标系  定义定义:空间中一点空间中一点O与三个不共面向量与三个不共面向量 e1,e2,e3一起构成空间的一个一起构成空间的一个仿射标架仿射标架,记记[O, e1,e2,e3].称称e1,e2,e3为它的为它的坐标向量坐标向量. O称为它的称为它的原点原点.对于空间任意一点对于空间任意一点A, 把向量把向量OA(称为称为A的定的定位向量位向量)对对e1,e2,e3 的分解系数构成的有序数组的分解系数构成的有序数组称为点称为点A关于上述仿射标架的关于上述仿射标架的仿射坐标仿射坐标. e e3 3e e2 2e e1 1O OP POP = ae1 + be2 + ce3  仿射坐标系仿射坐标系{O; e1, e2, e3}. 任意点任意点P, 存在唯一的有序数组存在唯一的有序数组 (a, b, c)使得使得OP= ae1 + be2 + ce3. e e3 3e e2 2e e1 1O OP P坐标原点坐标原点 点点P的的定位向量定位向量 坐标向量坐标向量或或基基 P的的坐标坐标 在不同的坐标系下，同一个点的坐标是不同的，从而图形的方程也是不同的。

问题问题1：对于给定的图形，怎样选坐标系？使得它的：对于给定的图形，怎样选坐标系？使得它的方程最简单方程最简单问题问题2：在不同的坐标系下，同一图形的不同方程之：在不同的坐标系下，同一图形的不同方程之间有什么关系？间有什么关系？设在空间中我们取定两个仿射坐标系，它们的标架分别为 和Oe1e2e3O’e1’e2’e3’M设 在 中的坐标依次为用矩阵表示为矩阵称为从坐标系 到 的过渡矩阵，它是以 在 中的坐标为各个列向量的三阶矩阵设向量 在 和 中的坐标分别为 它们与 和 之间的位置关系有直接相关的 于是由坐标的定义，这说明 在 中的坐标为用矩阵表示为：向量的坐标变换公式：向量的坐标变换公式：下面讨论点的坐标变换公式设点M在 和 中的坐标分别为 ，它们分别是向量 在 中的坐标和向量 在 中的坐标。

由公式得 在 中的坐标为 由于 ，如果设点 在 中的坐标为 ，则这就是点的坐标变换公式的矩阵形式点的坐标变换公式的一般形式为曲面的方程的变换公式设S是一张曲面，它在 中的一般方程为求它在 中的一般方程对于点M，如果它在 中的坐标为 ，则在 中的坐标为 因此点M在S上充要条件为：把上式左端的函数式记作 则 是S在 中的一般方程，称它为由S在 中的方程 经过坐标变换化为S在 中的方程过渡矩阵的性质过渡矩阵的性质因为 中的坐标向量 是不共面的，所以过渡矩阵的行列式 ，即 是满秩矩阵命题命题 设有三个仿射坐标系 到 的过渡矩阵为 ， 到 的过渡矩阵为 ，则 到 的过渡矩阵为直角坐标变换的过渡矩阵，正交矩阵直角坐标变换的过渡矩阵，正交矩阵设 和 是空间中的两个直角坐标系， 到 的过渡矩阵为因为 是直角坐标系，C的各个列向量依次是在 中的坐标，所以它们之间的内积为又 是直角坐标系，所以于是实方矩阵 ，满足 ，则称 为正交矩阵。

命题命题 两个直角坐标系之间的过渡矩阵是正交矩阵两个直角坐标系之间的过渡矩阵是正交矩阵对于平面上两个直角坐标系，它们的过渡矩阵是正交矩阵则它是二阶正交矩阵，设为则于是于是二阶正交矩阵只有下面两种形式：平面直角坐标变换公式一个是旋转, 一个是旋转加反射.现考虑在一个右手直角坐标系中，一个二次方程做法是通过转轴和移轴，寻找一个新的右手直角坐标系，使得方程最简，从而看出其几何形状下面用转轴消去交叉项新方程的二次项部分由原方程的二次项部分得 于是，要使得新坐标系的方程不出现交叉项，只需取 满足 例 化方程 为标准二次方程 作业作业•P134      4,  5,•P135      7,  10.。