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修正和補充-自己的數學整理 -1.1 - 直角座標、四元數

作者:侵略!花枝丸│2014-07-25 23:07:05│巴幣:4│人氣:919
這篇是接續第一篇整理的主題,補充修正上一篇的一些段落。(同樣是自己的想法,敬請以放鬆心態閱讀,有異議就留言提出)

分點公式會出現應該是因為直角座標的使用,
在此之前的幾何沒有用座標來看,因此也沒有點座標,各種幾何物件從歐幾里德(Ευκλείδης,Euklidis)開始就透過測量作圖完成,沒有曲線直線方程式、函數圖形。
直角座標出現後,結合代數和幾何的解析幾何才廣為發展,開始把原本建立在動手做做看的幾何圖形,化成未知數組成的方程式,而一些圖形有了新的定義,性質也因為代數而更好證明,也讓之後的微積分和向量有了發展的基礎。
而像是三角形五個心(到高二下只教了3個心)的座標計算公式和分點公式,我想依照數學家的能力,應該在向量還沒出現時就已經發明,
而考慮到直角座標大概是1630-40這段期間創立的,算到向量出現的1870年代,中間大概只有幾百年,
所以我先前寫
這就表示它肯定是一個在向量出現之前廣為人知的公式(我想可能早了好幾百年,甚至千年)。
這句話有錯,其實或許只早了不到250年。

在複數平面上,複數和複數相乘,代表一個複數(類似向量概念)相對於原點的旋轉和伸縮,
因此在推廣成四元數時,不只是想要可以加減,也要讓乘法可以和複數一樣完整代表旋轉和伸縮,同時也要有除法,所以捨棄掉 a+bi+cj 的形式,變成了四個「元」。
四元數因為 i j k 不符合交換律,所以四元數和四元數相乘也不適用交換律,這是因為,
在三次元空間中,並不像二次元,永遠自然以z軸方向為旋轉軸,
三次元中的旋轉,需要設定旋轉軸的方向,而如果對於兩個不平行旋轉軸 A B
先對 A 旋轉之後對 B 旋轉;先對 B 旋轉再對A旋轉,兩者的結果是不一樣的
而四元數也要表達旋轉角度(同時也表達了順逆時針方向)和伸縮程度,
因此需要四個數字,也不會有交換性。
之後也有人(這個人在下一篇整理是重要的人物)延伸四元數,得出八元數,同樣不適用交換律,連結合律也不適用,還出現了十六元數,不適用的性質也更多了,
像是8、16元數的發明,是否也有類似乘法代表旋轉的直覺化性質,不過十六次元的旋轉或向量的性質,已經超過我的理解範圍了,就不追究下去了。
四元數當初由漢彌爾頓極力推廣,他生命剩下的幾十年全部用在研究四元數,雖然漢彌爾頓在發明四元數之前,就已經在物理數學領域有很多貢獻,不過最終也是只有少數人跟隨發展四元數,現在的四元數,不但不在課堂上提及,甚至還被認為是一種叫做克里福代數(Clifford algebra,又叫幾何代數)的特例,
不過,四元數在現在的電腦3D計算上獲得應用,和矩陣結合之後(我下篇的整理主題),在物理上也有用到,而且在漢彌爾頓死後發展的向量,也是眾所週知,而「交換律」「結合律」被大家所研究,也是從四元數開始,先前沒有人想得到有種數字不符合這麼自然的事情
或許四元數並不是那麼熱門,但是由它造成的影響,是深入各個領域的。
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