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과학

기븐스 회전

기븐스 회전과학
영문명
Givens rotation
두 좌표 표현
G = ((c,s),(-s,c))
계수 조건
c²+s² = 1
성질
길이를 보존하는 회전
기븐스 회전은 두 좌표만 회전시키고 나머지 좌표는 유지하는 직교변환이다. 행렬 계산에서는 두 행을 조합해 특정 원소를 0으로 만드는 데 사용한다. QR 분해를 계산하는 방법 가운데 하나다.

두 성분을 회전하기

실수 a와 b가 동시에 0이 아니면 r = √(a²+b²), c = a/r, s = b/r로 정할 수 있다. 그러면 G(a,b)ᵀ = (r,0)ᵀ다. 두 성분이 모두 0이면 이 나눗셈을 쓰지 않고 단위변환으로 처리할 수 있다.

계수를 직접 확인하기

벡터 (8,15)는 길이가 17이다. c = 8/17, s = 15/17을 쓰면 첫 성분은 (64+225)/17 = 17, 둘째 성분은 (-120+120)/17 = 0이 된다. 회전 전후의 길이는 같지만 두 좌표의 값은 함께 바뀐다.

행렬에서는 두 행 전체에 적용한다

어떤 열의 원소를 없애려고 회전을 골랐더라도 같은 회전을 대상 두 행의 다른 열에도 적용해야 한다. 각 열의 두 원소 a와 b는 새 값 ca+sb, -sa+cb가 된다. 첫 새 값을 계산한 뒤 그것을 둘째 계산에 재사용하면 다른 연산이 되므로 두 식 모두 변환 전 값을 써야 한다.

반사와 구별하기

이 표현의 행렬식은 1이므로 회전이다. 하우스홀더 변환은 반사이며 두 방법 모두 원소를 0으로 만들 수 있다. 여러 번 적용할 때는 이미 만든 0을 다시 바꾸지 않도록 순서를 정한다. 실제 수치 계산에서는 a²+b²를 직접 계산할 때 생길 수 있는 넘침도 고려한다.

관련 문서

하우스홀더 변환 / QR 분해 / 직교행렬 / 회전행렬 / 벡터 / 행렬식 / 부동소수점