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平移变换,能用矩阵乘法实现吗?

在运动群理论里面,旋转可以用矩阵乘法来实现,那么,平移变换,能不能用矩阵乘法来实现呢?本文,我用Mathematica来检验一下,并最终发现,这是不可能的。
工具/原料
1

电脑

2

Mathematica

方法/步骤
2

假设存在一个矩阵P,使得P.A实现了A按照v的平移:P={{p,x},{y,q}}其中,x和y是待定的未知数。

3

如果想要矩阵乘法实现平移,就需要对向量A,P.A=A+v成立。解方程:Solve[P.A == A + v, {x, y}]就可以求出x和y的值来,进而确定P。

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这时候,矩阵P左乘A,确实实现了A按照v的平移:P.A == A + v这不是多此一说吗?

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但是,当P左乘-A的时候,你就会发现,-A按照-v平移,才会得到P.(-A)的结果。

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实际上,P只对那特定的A才有意义。如果P.M - M == v,那么M只能等于A。

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这说明,矩阵左乘,不可能是整个平面空间的平移变换。从线性变换的角度看,平移因为没有不动点,所以不存在变换矩阵。

注意事项

空间的平移变换,是不能够通过2阶矩阵乘法实现的,需要上升到3阶矩阵。

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