Ortogonaalinen matriisi

Ortogonaalinen matriisi on matriisi jonka transpoosi on sen käänteismatriisi eli

$Q^{T}Q=QQ^{T}=I\,$.

Tässä esiintyvä I on yksikkömatriisi. Erityisen kiinnostavia ovat erikoiset ortogonaalimatriisit (engl. special orthogonal matrices), joiden determinantille on lisäksi voimassa

$\det(Q)=+1\,$.

Ortogonaalimatriiseja esiintyy monissa sovelluksissa. Esimerkiksi kierrot ja peilaukset ovat ortogonaalimatriisien kuvaamia. Ortogonaalisia matriiseja käytetään myös esimerkiksi muiden matriisien esittämisessä QR-hajotelman avulla.

Ortogonaalisten matriisien keskeisiin ominaisuuksiin kuuluu, että ortogonaaliset (3×3-)matriisit muodostavat ryhmän, josta käytetään merkintää O(3) ja vastaavat erikoiset ortogonaalimatriisit ryhmän SO(3). Näillä ryhmillä ja niiden ominaisuuksilla on merkitystä mm. fysiikassa.

Mikäli ortogonaalisen matriisin pystyvektorien pituus eli normi on 1, käytetään siitä nimitystä ortonormaali matriisi.

Esimerkkejä

Esimerkkejä ortogonaalisista matriiseista:

• Yksikkömatriisi:

${\begin{bmatrix}1&0\\0&1\\\end{bmatrix}}$

• Peilaus xy-tason suhteen:

${\begin{bmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&-1\\\end{bmatrix}}$

• Eräs rotaation ja peilauksen yhdistelmä:

${\begin{bmatrix}0&-0.80&-0.60\\0.80&-0.36&\;\;\,0.48\\0.60&\;\;\,0.48&-0.64\end{bmatrix}}$