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과학

직교행렬

직교행렬과학
영문명
Orthogonal matrix
정의
QᵀQ = I
역행렬
Q⁻¹ = Qᵀ
기하 성질
표준 내적과 길이 보존
실수 직교행렬은 QᵀQ=I를 만족하는 정방행렬이다. 각 열벡터와 행벡터가 서로 직교하는 단위벡터를 이루며 역행렬은 전치행렬과 같다.

수직인 것만으로는 부족하다

열벡터가 서로 수직이면서 각각 크기 1이어야 한다. diag(2,3)은 두 열이 수직이지만 크기가 2와 3이어서 직교행렬이 아니다. 단위 길이 조건을 함께 확인한다.

회전의 예

두 행 (0,−1),(1,0)인 행렬은 (a,b)를 (−b,a)로 보낸다. 평면에서 원점 중심으로 90도 회전시키며 길이 √(a²+b²)를 바꾸지 않는다. 전치와 곱하면 단위행렬이 된다.

반사도 포함한다

diag(1,−1)은 (a,b)를 (a,−b)로 보내는 반사를 나타내며 직교행렬이다. 따라서 직교행렬이 항상 회전만 나타내는 것은 아니다.

내적 보존

(Qu)·(Qv)=uᵀQᵀQv=u·v이므로 표준 내적이 보존된다. 그 결과 길이와 두 점 사이 유클리드 거리도 유지된다. 여기서는 실수 공간을 전제로 하며 복소수 공간의 유니터리 행렬과 구별한다.

관련 문서

내적 / 단위벡터 / 전치행렬 / 역행렬 / 단위행렬 / 정방행렬 / 유클리드 거리 / 회전이동