equazioni di una rotazione

Io sapevo che le equazioni di una rotazione con centro in O(0, 0) fossero (a sistema): x'=x*cosα-y*sinα e y'=x*sinα+ycos*α Se il centro di rotazione fosse diverso da quello dell'origine, le equazioni cambierebbero? Se sì, in che modo?


il 09 Marzo 2016, da Elisabetta Toti

Elisabetta Toti il 09 Marzo 2016 ha risposto:

Errore di battitura, volevo scrivere: y'=x*sinα + y*cosα

Giovanni Barazzetta il 10 Marzo 2016 ha risposto:

Ciao Elisabetta! Certo che cambiano le equazioni se cambia il centro di rotazione, ci puoi scommettere! Lascia dia un po' di nomi: l'origine del piano cartesiano la chiamiamo $O$, e le coordinate $(x;y)$ di qualsiasi punto saranno proprio espresse da questa origine. Sappiamo fare una rotazione di un angolo $\alpha$ attorno ad $O$: se $P$ è un punto del piano, il suo "ruotato" di angolo $\alpha$ attorno ad $O$ sarà $\rho(P,\alpha,O)$: nota bene come ho messo le lettere: $\rho$ indica la rotazione, $P$ è il punto che dobbiamo ruotare, $\alpha$ l'angolo di rotazione, $O$ il centro della rotazione. E tanto per dirla tutta, giriamo in senso antiorario. Come hai detto tu, con tutte queste premesse $\rho(P,\alpha,O)$ è il punto di coordinate $( x \cos(\alpha) - y \sin(\alpha) ; x \sin(\alpha) + y \cos(\alpha) )$. Ora il problema sta nel trovare quali sono le coordinate di $\rho(P,\alpha, C)$, dove $C$ è un punto diverso da $O$. Per far questo usiamo un trucco: "portiamo" $C$ in $O$, ruotiamo attorno ad $O$, poi riportiamo tutto dov'era prima! I matematici sono dei gran lazzaroni, lo so. Per traslare è molto utile la nozione di vettore: guarda qui https://library.weschool.com/lezione/grandezze-scalari-e-vettoriali-definizione-e-descrizione-di-un-vettore-6579.html per un'introduzione e qui per le operazioni con i vettori https://library.weschool.com/lezione/operazioni-con-vettori-somma-differenza-prodotto-scalare-e-prodotto-vettori-6617.html. Basti sapere che i vettori sono delle "frecce" che ci permettono di spostare i punti del piano; siccome siamo in due dimensioni, i vettori avranno due componenti, una orizzontale $x_v$ e una verticale $y_v$: $\vec{v} = \left(\begin{array}{c} x_v \\ y_v \end{array}\right)$. Se prendiamo un punto $P$ e lo trasliamo del vettore $\vec{v}$, il risultato sarà il punto $T(P,\vec{v})$, che ha coordinate $ (x + x_v ; y + y_v)$. Ancora un po' di pazienza che ci siamo quasi. Ora, dobbiamo traslare $C$ (e tutti i punti del piano) in $O$: se $C$ ha coordinate $(x_C; y_C)$, il vettore che occorre considerare è proprio $\left(\begin{array}{c} -x_C \\ -y_C \end{array}\right)$! Chiamo questo vettore $-\vec{c}$, per ricordarci che viene dal punto $C$ e che ha come componenti le sue coordinate cambiate di segno. Per portare $C$ al suo posto, invece, dobbiamo applicare l'opposto di questo vettore, o $- (-\vec{c})$, cioè $\vec{c}$ (che ha come componenti le stesse coordinate di $C$). Ora supponiamo di voler trovare $\rho(P, \alpha,C)$. Prima di tutto prendiamo $P$ e lo spostiamo di $-\vec{c}$, e lo chiamiamo $P'$: ora il centro è l'origine $O$; adesso ruotiamo $P'$ di $\alpha$ attorno ad $O$, che lo sappiamo fare, e troviamo $P''$; infine riportiamo $C$ dov'era: dobbiamo traslare tutto di $\vec{c}$, e troviamo $P'''$, quello che volevamo. Con una specie di diagramma potremmo scrivere$$ P \Rightarrow P' = T(P,-\vec{c}) \Rightarrow P'' = \rho (P',\alpha,O) \Rightarrow P''' = T(P'', \vec{c})$$Se vogliamo trovare le sue coordinate, ribocchiamoci le maniche e applichiamo, nell'ordine corretto, tutte le trasformazioni: 1) traslazione di $-\vec{c}$: $$\begin{array}{l} x - x_C \\ y- y_C \end{array}$$2) rotazione di $\alpha$: $$\begin{array}{l} (x - x_C) \cos(\alpha) - (y- y_C) \sin(\alpha) \\ (x - x_C) \sin(\alpha) + (y- y_C) \cos(\alpha) \end{array}$$3) traslazione di $\vec{c}$: $$\begin{array}{l} (x - x_C) \cos(\alpha) - (y- y_C) \sin(\alpha) + x_C \\ (x - x_C) \sin(\alpha) + (y- y_C) \cos(\alpha) + y_C \end{array}$$Ecco le nostre equazioni! Spero si leggano bene :/ Se hai dei dubbi, chiedi pure! Ciao e buona giornata.