In linear algebra, two vectors in an inner product space are orthonormal if they are orthogonal (or perpendicular along a line) unit vectors. A set of vectors form an orthonormal set if all vectors in the set are mutually orthogonal and all of unit length. An orthonormal set which forms a basis is called an orthonormal basis.
The construction of orthogonality of vectors is motivated by a desire to extend the intuitive notion of perpendicular vectors to higher-dimensional spaces. In the Cartesian plane, two vectors are said to be perpendicular if the angle between them is 90° (i.e. if they form a right angle). This definition can be formalized in Cartesian space by defining the dot product and specifying that two vectors in the plane are orthogonal if their dot product is zero.
Similarly, the construction of the norm of a vector is motivated by a desire to extend the intuitive notion of the length of a vector to higher-dimensional spaces. In Cartesian space, the norm of a vector is the square root of the vector dotted with itself. That is,
Many important results in linear algebra deal with collections of two or more orthogonal vectors. But often, it is easier to deal with vectors of unit length. That is, it often simplifies things to only consider vectors whose norm equals 1. The notion of restricting orthogonal pairs of vectors to only those of unit length is important enough to be given a special name. Two vectors which are orthogonal and of length 1 are said to be orthonormal.
What does a pair of orthonormal vectors in 2-D Euclidean space look like?
Let u = (x1, y1) and v = (x2, y2).
Consider the restrictions on x1, x2, y1, y2 required to make u and v form an orthonormal pair.
From the orthogonality restriction, u • v = 0.
From the unit length restriction on u, ||u|| = 1.
From the unit length restriction on v, ||v|| = 1.
Expanding these terms gives 3 equations:
Converting from Cartesian to polar coordinates, and considering Equation and Equation immediately gives the result r1 = r2 = 1.
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thumb|upright=1.5 En mathématiques, les matrices sont des tableaux d'éléments (nombres, caractères) qui servent à interpréter en termes calculatoires, et donc opérationnels, les résultats théoriques de l'algèbre linéaire et même de l'algèbre bilinéaire. Toutes les disciplines étudiant des phénomènes linéaires utilisent les matrices. Quant aux phénomènes non linéaires, on en donne souvent des approximations linéaires, comme en optique géométrique avec les approximations de Gauss.
En géométrie vectorielle, une base orthonormale ou base orthonormée (BON) d'un espace euclidien ou hermitien est une base de cet espace vectoriel constituée de vecteurs de norme 1 et orthogonaux deux à deux. Dans une telle base, les coordonnées d'un vecteur quelconque de l'espace sont égales aux produits scalaires respectifs de ce vecteur par chacun des vecteurs de base, et le produit scalaire de deux vecteurs quelconques a une expression canonique en fonction de leurs coordonnées.
Soit E un espace vectoriel euclidien. Une rotation vectorielle de E est un élément du groupe spécial orthogonal SO(E). Si on choisit une base orthonormée de E, sa matrice dans cette base est orthogonale directe. Matrice de rotation Dans le plan vectoriel euclidien orienté, une rotation vectorielle est simplement définie par son angle . Sa matrice dans une base orthonormée directe est : Autrement dit, un vecteur de composantes a pour image le vecteur de composantes que l'on peut calculer avec l'égalité matricielle : c'est-à-dire que l'on a : et Si par exemple et , désigne un des angles du triangle rectangle de côtés 3, 4 et 5.
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