winkel zwischen zwei vektoren herleitung
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Ich möchte den Winkel im Uhrzeigersinn zwischen 2 Vektoren (2D, 3D) herausfinden. Der klassische Weg mit dem Skalarprodukt gibt mir den inneren Winkel (0-180 Grad) und ich muss einige if-Anweisungen verwenden, um zu bestimmen, ob das Ergebnis der Winkel ist, den ich brauche oder sein Komplement. Kennen Sie eine direkte Art der Berechnung im Uhrzeigersinn? Genau wie das Skalarprodukt proportional zum Kosinus des Winkels ist, ist die determinant proportional zu ihrem Sinus. So können Sie den Winkel wie folgt berechnen: dot = x1*x2 + y1*y2 # dot product between [x1, y1] and [x2, y2]
det = x1*y2 - y1*x2 # determinant
angle = atan2(det, dot) # atan2(y, x) or atan2(sin, cos)
Die Ausrichtung dieses Winkels stimmt mit der des Koordinatensystems überein. In einem linkshändigen Koordinatensystem, dh x nach rechts und y nach unten, wie es für Computergrafiken üblich ist, bedeutet dies, dass Sie ein positives Vorzeichen für den Uhrzeigersinn erhalten. Wenn die Ausrichtung des Koordinatensystems mathematisch mit y nach oben ist, erhalten Sie, wie in der Mathematik üblich, Winkel entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Lineare Algebra | Matrizen | Determinanten | Gleichungssysteme | Vektoren
Ein Vektor ist eine eindimensionale Matrix, er hat Länge (Betrag) und Richtung (Winkel) und wird oft als Pfeil dargestellt. In der Physik werden Kräfte oft durch Vektoren beschrieben. Dieser Rechner ist für Vektoren im dreidimensionalen Raum. Man kann Vektoren addieren (+), subtrahieren (-), mit einer Zahl multiplizieren (*), das Skalarprodukt (•) und das Kreuzprodukt (x) ausrechnen. Außerdem lassen sich die Beträge der einzelnen Vektoren (|→1| bzw. |→2|) sowie der Winkel zwischen diesen (∠) errechnen. Die Winkelgröße wird in rad angegeben, hier kann man Winkel umrechnen. *
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Je größer der Winkel zwischen den Vektoren ist, desto kleiner ist die Projektion des einen Vektors auf den anderen und damit ist auch das Skalarpodukt an sich kleiner. Der Zusammenhang zwischen dem Winkel zwischen den Vektoren und der Projektion des einen Vektors auf den anderen wird in der nächsten Abbildung vedeutlicht. Wie du siehst ist die Projektion von Vektor \(\vec{b}\) auf \(\vec{a}\) vom Winkel zwischen den Vektoren abhängig. Je größer der Winkel zwischen ihnen ist, desto kleiner wird die Projektion von \(\vec{b}\) auf \(\vec{a}\) und damit wird auch das Skalarprodukt \(\vec{a}\bullet \vec{b}\) kleiner. Ist der Winkel zwischen den Vektoren \(90°\) dann gibt es keine Projektion von \(\vec{b}\) auf \(\vec{a}\), das Skalarprodukt ist Null.
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In diesem Fall können Sie die obige 2D-Berechnung einschließlich n in die determinant anpassen, um ihre Größe 3 × 3 zu erhalten. dot = x1*x2 + y1*y2 + z1*z2
det = x1*y2*zn + x2*yn*z1 + xn*y1*z2 - z1*y2*xn - z2*yn*x1 - zn*y1*x2
angle = atan2(det, dot)
Eine Bedingung dafür ist, dass der Normalvektor n eine Einheitslänge hat. Wenn nicht, müssen Sie es normalisieren. Als dreifaches Produkt Diese Determinante könnte auch als das Dreifachprodukt ausgedrückt werden, wie @Excrubulent in einer vorgeschlagenen Bearbeitung gezeigt hat. det = n · (v1 × v2)
Dies könnte in einigen APIs einfacher zu implementieren sein und gibt eine andere Perspektive, was hier vor sich geht: Das Kreuzprodukt ist proportional zum Sinus des Winkels und wird senkrecht zur Ebene liegen und daher ein Vielfaches von n sein. Das Skalarprodukt wird daher grundsätzlich die Länge dieses Vektors messen, jedoch mit dem richtigen Zeichen. Diese Antwort ist die gleiche wie die von MvG, erklärt sie aber anders (sie ist das Ergebnis meiner Bemühungen zu verstehen, warum die Lösung von MvG funktioniert).
Tatsächlich: Was ist ein Kreuzprodukt? Ein Kreuzprodukt ist ein Vektorprodukt, das senkrecht zu den beiden ursprünglichen Vektoren steht und den gleichen Betrag hat. Autor des Artikels John Cruz John ist Doktorand mit einer Leidenschaft für Mathematik und Pädagogik. In seiner Freizeit geht John gerne wandern und Rad fahren. Vektor Kreuzprodukt Rechner Deutsch Veröffentlicht: Sun Jul 04 2021 In Kategorie Mathematische Taschenrechner Vektor Kreuzprodukt Rechner zu Ihrer eigenen Website hinzufügen