章节目录 第214章 事实真相→四元数→扩展到五元数(2 / 2)

作品:《穹顶天魂的新书

使用四元数进行旋转的优势在于避免了万向节锁(gimbal lock)的问题,并且在数值上更加稳定。此外,四元数的插值(如球面线性插值,Slerp)提供了平滑的旋转路径,这在动画和实时渲染中非常有用。

四元数在现代技术中的应用包括但不限于:

计算机图形学中的三维模型旋转

航空航天工程中的姿态控制

机器人学中的运动规划

虚拟现实和增强现实中的头部追踪

游戏开发中的角色和物体的旋转

四元数的概念虽然相对复杂,但由于其在处理旋转时的效率和稳定性,它们在需要高效、准确地处理旋转操作的领域中得到了广泛的应用。

接下来我们把它扩展到一般的五元数和5*5的矩阵中按标准矩阵运算法则运算,来找出其规律!

在数学中,五元数(quintenions)并不是一个像四元数(quaternions)那样广为人知且有明确定义的代数结构。四元数是由威廉·罗恩·哈密顿(William Rowan Hamilton)在1843年提出的,它们构成一个四维的超复数系统,具有特定的乘法规则。然而,对于五元数或其他更高维度的超复数系统,并没有一个统一的定义或者广泛接受的乘法规则。

如果我们试图构造一个五元数系统,我们可以考虑一个形如 ( q = a + bi + cj + dk + el ) 的表达式,其中 ( a, b, c, d, e ) 是实数,而 ( i, j, k, l ) 是五个虚部单位。但是,为了使这个系统成为一个代数,我们需要定义这些虚部单位之间的乘法规则,并且这些规则需要保证乘法的封闭性(即任意两个五元数的乘积仍然是五元数)。

在四元数中,虚部单位 ( i, j, k ) 的乘法规则是精心设计的,以满足特定的代数性质,例如无零因子(non-zero divisors)和结合律(associativity)。然而,当我们尝试扩展到五元数时,要保持这些性质变得非常困难。实际上,如果要求乘法结合律,那么这样的五元数系统是不可能存在的,因为根据弗罗贝尼乌斯定理(Frobenius theorem),实数域上的有限维可除代数只有三种:实数、复数和四元数。

尽管如此,数学家们仍然对探索更高维度的超复数系统感兴趣,这些系统可能具有不同的乘法规则和代数性质。这些探索可能会导致新的数学理论的发展,但截至目前,还没有一个像四元数那样具有明确乘法规则和广泛应用的“标准”五元数系统。