如何證明一向量的一導為角速度與該向量的叉乘?

時間 2021-06-06 22:31:56

1樓:asdf

這其實就是角速度的定義。角速度在一般意義上是乙個二階張量,不過由於這個張量滿足某些約束條件,自由的分量個數恰好變成了3個,所以正好可以拼湊成乙個三分量向量。並且,我們可以給這個三分量向量賦予某些直觀上的意義(例如剛體繞定軸旋轉時,角速度向量的方向垂直於旋轉平面,且按右手螺旋法則確定)。

簡要說明如下:

設某個向量在固定座標系中的表示為 ,在某旋轉座標系中的表示為 ,座標變換矩陣為 ,那麼就有

兩邊對時間求導就有

由於座標變換矩陣 是酉矩陣, ,就有

現在令第乙個定義就是所謂的「相對導數」,用 上加一浪表示,直觀意義上表示這個向量在旋轉座標系中的座標對時間的變化率轉到固定座標系。第二個定義就是角速度張量的定義,注意到 滿足如下性質(利用了酉矩陣的性質 )

也就是滿足這個條件的張量就是所謂的「全反對稱張量」,在這個約束條件下,角速度張量可以寫成

如果把旋轉座標系看成是「固連」在剛體上的座標系,那麼這個定義就是剛體角速度的定義。

現在定義角速度向量

可以驗證

所以就有了

如果這個向量相對於旋轉座標系是固定的(比如剛體上固定點在固連座標系中的位置向量),那麼「相對導數」為零,這種情況下就有

就是題主所說的「一向量的一導為角速度叉乘該向量」。這個表示式完全可以作為角速度的定義。

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