第214章 事實真相→四元數→擴充套件到五元數 (第1/4頁)

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我記得上大學時，我的數學老師是個個子矮小的廖教授，紡大教授，這麼多年過去了，他給我們講課時那自信滿滿的樣子，我就會不自覺的露出笑容，即便如此，當年教授給我們的知識也很多被遺忘了，知識就是這樣，長期不用了，就會遺忘了，只有不停的去使用，你才是它的主人，一旦撒手，它就是你的主人，它認識你，你不認識它！

就比如我現在心心念唸的去追尋的四維時空轉換問題，其實當初大學老師都教過我們了。只是那些書都在我原來的房間樓梯間裡發黴了！

現在回想起來，真不能怪我，知識用來方恨少，提筆欲書坎坷多！

下面我們就來回顧一下四元數的前世今生:

四元數（quaternions）是一種擴充套件了複數系統的數系，由愛爾蘭數學家威廉·羅恩·哈密頓（william Rowan hamilton）在1843年提出。四元數可以用來表示三維空間中的旋轉，這在計算機圖形學、機器人學和航空航天工程等領域非常有用。

一個四元數可以寫成以下形式：

[ q = a + bi + cj + dk ]

其中，(a)、(b)、(c)、(d) 是實數，而 (i)、(j)、(k) 是四元數的三個虛部單位。這三個虛部單位滿足以下乘法規則：

[ i^2 = j^2 = k^2 = ijk = -1 ]

[ ij = k, \\quad ji = -k ]

[ jk = i, \\quad kj = -i ]

[ ki = j, \\quad ik = -j ]

這些規則表明四元數的乘法不滿足交換律，即一般情況下 (pq eq qp)。

四元數的一個重要應用是表示三維空間中的旋轉。特別是，一個單位四元數可以表示一個旋轉軸和一個旋轉角度。給定一個單位四元數 (q = a + bi + cj + dk)，其中 (a^2 + b^2 + c^2 + d^2 = 1)，它可以用來表示圍繞軸 ((\\theta, u)) 的旋轉，其中 (\\theta) 是旋轉角度，(u = (b, c, d)) 是旋轉軸的方向向量，(a = \\cos(\\theta\/2))。

使用四元數進行旋轉的優勢在於避免了萬向節鎖（gimbal lock）的問題，並且在數值上更加穩定。此外，四元數的插值（如球面線性插值，Slerp）提供了平滑的旋轉路徑，這在動畫和實時渲染中非常有用。

四元數在現代技術中的應用包括但不限於：

計算機圖形學中的三維模型旋轉

航空航天工程中的姿態控制

機器人學中的運動規劃

虛擬現實和增強現實中的頭部追蹤

遊戲開發中的角色和物體的旋轉

四元數的概念雖然相對複雜，但由於其在處理旋轉時的效率和穩定性，它們在需要高效、準確地處理旋轉操作的領域中得到了廣泛的應用。

接下來我們把它擴充套件到一般的五元數和5*5的矩陣中按標準矩陣運演算法則運算，來找出其規律！

在數學中，五元數（quintenions）並不是一個像四元數（quaternions）那樣廣為人知且有明確定義的代數結構。四元數是由威廉·羅恩·哈密頓（william Rowan hamilton）在1843年提出的，它們構成一個四維的超複數系統，具有特定的乘法規則。然而，對於五元數或其他更高維度的超複數系統，並沒有一個統一的定義或者廣泛接受的乘法規則。