设坐标轴的旋转角为θ,P是平面的任意一点,在原坐标系xOy中的坐标为,在新坐标系x′Oy′中的坐标为(如图1),则
或
叫做坐标轴的旋转公式,简称 转轴公式。
说明:(1)为便于记忆,可将转轴公式写成矩阵形式:
或
矩阵的乘法按如下规定进行:
(2)逆时针旋转坐标轴时,旋转角θ取正值;顺时针旋转坐标轴时,旋转角θ取负值。
空间直角坐标变换是一类重要的坐标变换,设空间任意一点M在空间直角坐标系的坐标为,在新坐标系的坐标为即有,。又设新原点O′在旧坐标系中的坐标为,新坐标系的基在旧坐标系中的方向余弦为,即:
将改记为则由得
这就是 空间直角坐标变换公式。其中的9个系数并不互相独立,由于i,j,k和i′,j′,k′都是由互相正交的单位向量组成的标准正交基,方向余弦满足下列6个正交条件:
对应的系数矩阵是正交矩阵,即.特别地,当,即坐标变换公式为
此式称为坐标轴的平移公式,简称 移轴公式。而当时,则坐标变换公式为
即
此式称为坐标轴的旋转公式,简称 转轴公式。因新、旧坐标系皆为右手系,故 。
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