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Drehen eines KoodrinatenSystemes

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Matrizenrechnung

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Tags: Matrizenrechnung, Vektorraum

 
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AarZeon

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12:34 Uhr, 12.10.2021

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Hallo Zusammen,

Ich habe ein KoodinatenSystem (u,v,w) das wie folgt im Raum (x,y,z) steht.

u=0,x=−0.025081179
v=0,y=−0.146406832
w=0,z=3.306210438

die u Achse liegt auf folgender Linie zwischen den Punkten P und Q:

System: u,v,w:-P)(0,0,0),Q(0,0,5)
System: x,y,z:-P)(−0.025081179,−0.146406832,3.306210438),Q(5,0,2

die w Achse ist der Normalvektor der folgender Gleichung mit dem Startpunkt von P

17.3205x−15y+64.9519z=216.5063

Die v Achse würde sich somit ergeben.

Mit diesen Folgenden Angaben möchte ich nun den Punkt F, bei dem ich nur die Koordinaten im u,v,w System kenne. In das x,y,z System konvertieren.

Fu_v_w=(0.03577467,−0.014012153,3.836952798)

Die Lösung dazu wäre:

Fx_y_z=(0.97,−0.99,6.91)

Es wäre toll, wenn wir dies Schritt für Schritt durch gehen können. Da ich diese Formel für weiters gut verstehen muss.

Gruss Aaron


Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Online-Nachhilfe in Mathematik
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Roman-22

Roman-22

13:47 Uhr, 12.10.2021

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> System: u,v,w:-P))(0,0,0),Q(0,0,5)
> System: x,y,z:-P))(−0.025081179,−0.146406832,3.306210438),Q(5,0,2

Da scheint etwas nicht zu stimmen!
Im uvw-KS ist PQ¯=5, aber im xyz-KS wäre die gleiche Distanz knapp 5,2.
Ich gehe davon aus, dass die Skalierung in beiden KSen übereinstimmen soll.

B

AarZeon

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13:51 Uhr, 12.10.2021

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Die Punkte P und Q stimmen, und ich habe nicht behauptet das die Distanz in den Koordinatensystem Gleich sind. Das sollte nur die Richtung der Achse bestimmen. Und dient nur als Referenz für die neue u Achse.
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Roman-22

Roman-22

13:54 Uhr, 12.10.2021

Antworten
> ich habe nicht behauptet das die Distanz in den Koordinatensystem Gleich sind
gleiche Beschriftung (P,Q) gleicher Punkt
Für dich gilt das offenbar nur für P ?
AarZeon

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13:58 Uhr, 12.10.2021

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der Punkt Q ist im System u,v,w0,0,5 und im System x,y,z5,0,2. Da es mit der Verdrehung zum verzug kommt ist mir Bewusst
Antwort
Roman-22

Roman-22

14:02 Uhr, 12.10.2021

Antworten
> Da es mit der Verdrehung zum verzug kommt ist mir Bewusst
Was soll das bedeuten? Was meinst du mit "Verzug"?
Soll das nun heißen, dass u- und x-Achse unterschiedlich skaliert sind??
Bei einer Drehung und Schiebung ändert sich aber keine Skalierung.

Falls sich aber tatsächlich nicht nur die Lage des KS, sondern auch die Skalierungen ändern, dann würden aber auch entsprechende Angaben zu den Skalierungsänderungen auf den anderen Achsen fehlen.

AarZeon

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14:20 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Da habe ich mich Falsch Ausgedrückt. Der Punkt P ist der selbe Punkt da dieser denn Nullpunkt des u,v,w Systems beschreibt.

Das Q jedoch hätte ich mit Q und Q' beschreiben sollen. Denn die Linie Zwischen PQ und P'Q' sind kollinear.
Antwort
Roman-22

Roman-22

14:39 Uhr, 12.10.2021

Antworten
> Das Q jedoch hätte ich mit Q und Q′ beschreiben sollen
Welches Q ;-)
Aber ich entnehme deiner Antwort, dass die Skalierung in beiden KSen doch die gleiche sein soll.

Ich gehe jetzt davon aus, dass der Ursprung des uvw-KS in P(-0,02../-0.14../3.3...) liegt und die (positive) u-Achse durch Q(5/0/2) verlaufen soll. Koordinaten alle im xyz-System angegeben.
Was sollte aber jetzt der Punkt (0;0;5) bedeuten? Die Koordinaten sollen Koordinaten im uvw-System sein und da würde der Punkt ja wohl auf der w-Achse liegen und nicht auf der u-Achse??? Auußerdem erschießt sich mit der Sinn der Angabe eines solchen Punktes ohnedies nicht. Die u- und die v-Achse sind doch so schon eindeutig festgelegt und unter der Annahme, dass das uvw-KS ein Rechtssystem sein soll, ist auch die v-Achse damit schon eindeutig festgelegt.

Werde jetzt länger offline sein. Als Vorgangsweise würde ich vorschlagen:
Bestimmung der Einheitsvektoren in Richtung der 3 Achsen des uvw-Systems
Koordinatentransformation mithilfe von homogenen Koordinaten.
Vielleicht hift www-lehre.inf.uos.de/%7Ecg/2006/PDF/kap-13.pdf


AarZeon

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14:53 Uhr, 12.10.2021

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Da hast Du recht 0,0,5 macht kein Sinn. Da Q ja die Achse für u bestimmt, müsste eigentlich der Punkt Q':5,0,0 sein und nicht 0,0,5.
Antwort
Roman-22

Roman-22

15:20 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Ich habs vorm Weggehen noch schnell durchrechnen lassen.

B

EDIT: Bild ausgetauscht. Ursprünglich wurden irrtümlich die Koordinaten der Einheitspunkte anstelle der Einheitsvektoren verwendet.

Die Ungenauigkeit am Ende kommt vielleicht daher, dass die Koordinaten von P nicht ganz genau sind. Jedenfalls stehen Q-P und n nicht ganz normal aufeinander (Q-P)n1,21310-8 (und nicht, wie es sein sollte, Null)

AarZeon

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16:51 Uhr, 12.10.2021

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Also beim Punkt Fu_v_w habe ich einen kleinen Fehler gemacht, aber nur ein paar Dezimalstellen.

Fu_v_w:1,-0.85,3.61

und im x,y,z System stimmt es.

Nun deine Werte. Stellen wir uns nun vor das meine Zwei Vektoren 0,0,0-P und P-F, Senkrecht aufeinander Stapeln:

Vektor Länge: 0,0,0-P=3.309
Vektor Länge: P-Fu_v_w=3.841

Nun im x,y,z System, beide Vektoren Stapeln, resultiert in 0,0,7.119
Somit kann deine Lösung in der Z Achse nicht stimmen, da du weit über 7.119 hast (19.67)

Gruss Aaron

EDIT: Habe gesehen das Du es angepasst und die kleinen Abweichungen kommen, von meinem Fehler das Fu_v_w im ersten Post nicht ganz richtig war.
Antwort
Roman-22

Roman-22

17:34 Uhr, 12.10.2021

Antworten
> Also beim Punkt Fu_v_w habe ich einen kleinen Fehler gemacht, aber nur ein paar Dezimalstellen.

Du scheinst ein Scherzbold zu sein! Ursprünglich war bei dir
> Fu_v_w=(0.03577467,−0.014012153,3.836952798)
und jetzt soll es
> Fu_v_w:1,-0.85,3.61
sein und der Unterschied liegt für doch da nur in "ein paar Dezimastellen" ????

Außerdem liefert dein neuer Punkt F ein komplett anderes Ergebnis:
B0

Ich hab die Sache jetzt mit den genauen Angabewerten durchgerechnet und an den Ungenauigkeiten bei P lags also nicht.
Woher sein Punkt F stammt (also von welchem Dreieck das der Fermat-Punkt sein soll) weiß ich nicht, aber im Bild siehst du am Ende jedenfalls wie seine Koordinaten im uvw-System lauten müssten, damit das von dir angegeben Ergebnis rauskommt.
b1
AarZeon

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17:34 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Also ich komme bei Ev nicht weiter. Alles andere hat bis jetzt geklappt und dürfe ich Fragen warum dein Punkt Q nicht 5,0,2 ist?

Gruss Aaron

Edit: Hab deinen neusten Beitrag noch nicht gelesen...

Edit: Ev konnte ich lösen...
Antwort
Roman-22

Roman-22

17:49 Uhr, 12.10.2021

Antworten
> warum dein Punkt Q nicht 5,0,2 ist?

Weil ich beim Zusammensuchen der nötigen Informationen im Dickicht der vielen verschiedenen Threads, die du zu dem Thema schon eröffnet hast, mit deinen Bezeichnungen (du hast Q im Laufe der Zeit ja für viele verschiedene Punkte verwendet) durcheinander gekommen bin.

Nachstehend die korrigierte Version mit den exakten Eingabewerten (bis auf F, von dem ich ja nicht weiß, woher er stammt).
Das Ergebnis ist nahe dem von dir angegebenen, weist aber doch Unterschiede bereits in der zweiten und dritten Nachkommastelle auf.

Der von dir zuletzt angegebene Punkt Fuvw ist aber immer noch jenseitig. Keine Ahnung, was der sollte.

B


AarZeon

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17:56 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Ich bin mir nicht sicher wie ich MF multiplizieren soll. Das ist der letzte Schritt.

www.geogebra.org/3d/mzkyaam8

Hier ist noch die Darstellung der Punkte, einfach nicht die Schieber verstellen.

Gruss Aaron
Antwort
Roman-22

Roman-22

18:03 Uhr, 12.10.2021

Antworten
> Ich bin mir nicht sicher wie ich M⋅F multiplizieren soll. Das ist der letzte Schritt.
Einfach die 4×4 Matrix M mit dem 4×1 Vektor F multiplizieren. Das sollte doch Geogebra problemlos schaffen. die letzte Komponente vom Ergebnis sollte natürlich 1 sein (homogene Punktkoordinaten) und die ersten drei Komponenten sind die gesuchten Koordinaten x,y,z.
AarZeon

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18:07 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Also Fxeu+Fxev+Fxew+FxP etc..? klappt bei mir nicht. Und ich arbeite nicht in GeoGebra das sollte nur die Situation veranschaulichen.
Antwort
Roman-22

Roman-22

18:16 Uhr, 12.10.2021

Antworten
> Also Fx⋅eu+Fx⋅ev+Fx⋅ew+Fx⋅P etc..?
Wenn du vl noch angibst, was du damit meinst! Was soll Fx denn sein?
AarZeon

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18:17 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Fx meine ich von Punkt F, die X Koodrdinate.
Antwort
Roman-22

Roman-22

18:19 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Der Punkt F ist aber durch seine Koordinaten im uvw System gegeben!! Es kann also bestenfalls die u-Koordinate sein.
Und was bringt dich auf den Gedanken, dass die anderen Koordinaten von F nichts zum Ergebnis beizutragen hätten?

Wie man Matrizen multipliziert solltest du doch eigentlich wissen, oder?
Und wenn du es partout in Excel machen möchtest, dann musst du eben MMULT verwenden.
AarZeon

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18:24 Uhr, 12.10.2021

Antworten
M*F =

0.9675*0.03577-0.0282*0.03577+0.2515*0.03577-0.0251*0.03577
0.0282*-0.01401-0.9756*-0.01401-0.1464*-0.01401
-0.2515*3.8369-0.2178*3.8369+0.943*3.8369+3.3062*3.8369
0*1+0*1+0*1+1*1

Funktioniert so eine 4x4 Matrize mit einem 4x1 Vektor?
Antwort
Roman-22

Roman-22

18:29 Uhr, 12.10.2021

Antworten
> Funktioniert so eine 4x4 Matrize mit einem 4x1 Vektor?
Möglich, ich möchte mich jetzt nicht durch deine Zahlenschlange durchkämpfen.
Siehe zB de.wikipedia.org/wiki/Matrix-Vektor-Produkt#Beispiel

Du kannst ja auch, um in deiner Schreibweise zu bleiben,

Fxyz=euFu+evFv+ewFw+P

rechnen. Du siehst ja selbst, ob du mit deinem Weg auf das von mir vorhin gepostete Ergebnis kommst.

B
AarZeon

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18:39 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Ich komme auf komplett andere Werte... In Wikipedia sind die Höhe und Breite gleich, ich finde kein Beispiel das eine 4x4 Matrix mit einer 4x1 Matrix Multipliziert

Rechnung
Antwort
Roman-22

Roman-22

18:42 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Dann solltest du dich schlau machen, was Matrizenmultiplikation anlangt (zB durch den Wiki Link den ich gepostet habe) oder aber die Variante verwenden, die ich gerade vorhin gezeigt habe.
Also konkret:
B

> In Wikipedia sind die Höhe und Breite gleich
??? Matrizen können dann multipliziert werden, wenn die Spaltenanzahl der ersten mit der Zeilenanzahl der zweiten übereinstimmt.
Und du sollst eine Matrix mit 4 Spalten mit einem Vektor mit 4 Zeilen multiplizieren - passt also.
Bei Tante Wiki findest du als Beispiel die Multiplikation einer 2×3 Matrix mit einem 3×1 Vektor.
Und eine Suche nach "Matrizenmultiplikation" oder "Multiplikation Matrix Vektor" sollte jede Menge weiterer Informationen zu dem Thema mit schönen Bildchen oder Videos zutage fördern, wenn noch was unklar ist.

Vielleicht hilft ja auch das farblich markierte Beispiel hier:
http//elsenaju.info/Rechner/Matrix-Vektor-Produkt.htm
Da wird eine 4×4 Matrix mit einem 4×1 Vektor multipliziert.



AarZeon

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19:12 Uhr, 12.10.2021

Antworten
Sooo, ich habs hingekriegt... nur habe in einen Fehler wie Du oben bereits erwähnt hast, habe ich eine kleine Abweichung. Nun weis ich nicht ob ich bei GeoGebra einen Fehler gemacht habe... Ich habe das nun im CAD nachgebaut 1:1 gleich wie in GeoGebra und erhalte auch Abweichende Zahlen +- 0.02

Ich gehe nun davon aus das die Formeln stimmen und werte so weiterfahren.

Viel Dank Roman, Du hast mir geholfen.
Gruss Aaron
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