右手系

右手系(みぎてけい、: right-handed system)または正系(せいけい、positive-oriented system)は、線型代数学における座標系で、右手の法則right-hand rule)に従うものを指し、左手系と区別される。多くの分野では右手系が標準とされるが、測量の分野では左手系が標準である

左手系座標系(左図)と右手系座標系(右図)。親指をx軸、人差し指をy軸、中指をz軸としている。

右手系・左手系という性質は、直交座標系とは限らない座標系に対しても考えられる。より抽象的には、順序付けられた基底に対して定義される。また、3次元に限らず、2次元以上の任意の次元ユークリッド空間に対しても定義される。

定義

n ≥ 2 とする。n 次元ユークリッド空間 Rn において、j 番目の座標が 1 でその他が 0 であるベクトルを、ej と表すこととする。<e1, …, en> は、Rn の標準的な基底である。任意に2通りの基底 A := <a1, …, an>B := <b1, …, bn> を取ったとき、その間の変換行列正則行列となる。その行列式であるときに AB は同値であるとして同値関係を定義すると、基底全体の集合はちょうど2つの同値類に類別される。標準的な基底と同値である基底は右手系であるといい、同値でない基底は左手系であるという。

性質

  • 標準的な基底は右手系である。
  • <a1, …, an> が右手系であるとき、その中の2つのベクトルの順序を入れ替えたもの、例えば <a2, a1, a3, …, an> は左手系になる。より一般に、n対称群の元 σ に対し、<aσ(1), …, aσ(n)> が右手系であることと、σ の符号が +1 であることは同値である。
  • 基底 A = <a1, …, an> に対し、n正方行列 (a1, …, an) の行列式が正ならば A は右手系であり、負ならば左手系である。

一般のベクトル空間

VR 上の n 次元ベクトル空間とする。Rn の場合と同様に、V の基底全体の集合も、2つの同値類に類別される。そのどちらの元を右手系と呼び、どちらの元を左手系と呼ぶべきかは自然には定まらない。同型写像 φ RnV をひとつ定めたならば、<φ(e1), …, φ(en)> と同値である基底を右手系と呼ぶことはできる。

測量・測地学における左手系

測量航海術地理学測地学などの分野では、左手系の使用が標準的であり、北基準式で、x 軸が北方向(緯度の正方向であり方位角の基準方向)、y 軸が東方向となる[1](→平面直角座標系)。


関連項目

参考文献

  • 『数学入門辞典』岩波書店、2005年、ISBN 978-4000802093
  • 齋藤正彦『線型代数入門』東京大学出版会、1995年、ISBN 978-4130620017

脚注

  1. わかりやすい平面直角座標系 各平面直角座標系の区域の備考欄、「2.座標系のX軸は、座標系原点において子午線に一致する軸とし、真北に向う値を正とし、座標系のY軸は、座標系原点において座標系のX軸に直交する軸とし、真東に向う値を正とする。」、地理院ホーム>基本測量>地球の形をはかる>日本の測地系>わかりやすい平面直角座標系、国土地理院
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