複素数球面に作用する１次分数変換の性質を用いて、ケーリーの公式を導き、以下の式を与える

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【３】単位四元数と３次元の回転

　ｘ，ｙ，ｚ軸の周りの回転では使いにくい．そこで，単位ベクトル

　　ｎ＝（α,β,γ）

を回転軸とし，その周りに正の回転方向にθだけ回転する回転行列はα，β，γは方向余弦で，α^2+β^2+γ^2＝１を満たすものとして

　　R(1,1)=α^2(1-cosθ)+cosθ

　　R(2,2)=β^2(1-cosθ)+cosθ

　　R(3,3)=γ^2(1-cosθ)+cosθ

　　R(1,2)=αβ(1-cosθ)+γsinθ

　　R(2,1)=αβ(1-cosθ)-γsinθ

　　R(1,3)=αγ(1-cosθ)-βsinθ

　　R(3,1)=αγ(1-cosθ)+βsinθ

　　R(2,3)=βγ(1-cosθ)+αsinθ

　　R(3,2)=βγ(1-cosθ)-αsinθ

で表される．

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これが先にあって、後知恵で直交行列Kを見つけると

k(1,1)=α^2/(1+γ)-1

k(1,2)=αβ/(1+γ)-1

k(1,3)=α

k(2,1)=αβ/(1+γ)-1

k(2,2)=β^2/(1+γ)-1

k(2,3)=β

k(3,1)=α

k(3,2)=β

k(3,3)=γ

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　　　　　［　ｃｏｓθ，ｓｉｎθ，０］

　　Ｒ3 ＝［−ｓｉｎθ，ｃｏｓθ，０］

　　　　　［　　　０，　　　０，　１］

として，R＝KＲ3K^-1のようなものを考えている．

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