教材里提到了四元数,这个数又是如何呢?
看一下背景,是在三角形式之后提出的。一个关键概念是,复数的乘法代表在平面上旋转,然后四元数的乘法呢?怎么就代表在空间中旋转了?
伸出你的右手,掌心向左,食指向前,拇指向上,中指垂直掌心,现在你的中指就是i,拇指就是j,食指就是k。现在看一眼,ii=-1,ij=k,ik=-j,说明如果左乘一个i,j逆时针旋转90°变成k,k逆时针旋转90°变成-j。那i呢?i不在i轴的法平面上,一转就转到实轴上去了。再一转,又回到i轴上,不过是反向。
所以左乘和右乘,共同点是在此向量的法平面上进行旋转操作,区别是旋向不同。如果把三个方向的旋转合成起来,就能描述物体在空间中的旋转。因为左乘和右乘产生的结果不一样,它也就不满足交换律。
这就是为什么四元数能描述旋转。
那三元数为什么不存在?那就必须找到ij等于什么,否则ij就会变成一个新的因子无法解决。那我们假设ij=a+bi+cj,也就是一个新的三元数,有:
(i-c)(b-j)=-(a+bc),右边是个实数。也就是说我们只考虑i的法则时,发现j居然能用i表示!那这还能叫两个独立的虚数单位吗?
它们两个线性相关,因此不可能构成线性空间的一组基底。