diff --git a/QuaternionDual/QuaternionDual.tex b/QuaternionDual/QuaternionDual.tex new file mode 100644 index 0000000..7c53fd0 --- /dev/null +++ b/QuaternionDual/QuaternionDual.tex @@ -0,0 +1,178 @@ +\documentclass[a4paper,12pt,twoside]{article}% Document de type "article". +\usepackage[T1]{fontenc} % Format de sortie. +\usepackage[utf8]{inputenc} % Pour écrire en UTF-8. +\usepackage[official]{eurosym} % Pour la monnaie euro : \euro{}. +\DeclareUnicodeCharacter{20AC}{\euro{}} % Pour bien taper €. +\usepackage[francais]{babel} % Pour adapter en français. +\usepackage{xcolor} % Pour la couleur. +\usepackage{graphicx} % Pour insérer des images : + % "\includegraphics[width=\linewidth]{image.jpg}". +%\usepackage{svg} % Pour les images SVG (sans subfig.) avec + %"\includesvg[width=\linewidth]{image.svg}". +\usepackage{caption} % Fonction "\caption" avancée. +\usepackage{subcaption} % Pour le sous-flottants (figures et tableaux). +\usepackage{amsmath} % Pour les maths. +\usepackage{amsfonts} % Pour certaines polices et symboles. +\usepackage{amssymb} % Symboles de maths. +\usepackage{textcomp} % Contient entre autre \textdegree (°). +\usepackage{datatool} % Exploitation des bases de donnée. Pour afficher : + % "\DTLloaddb[keys={1,2},headers={1,2}]{data}{data.csv} + % et \DTLdisplaydb[1,2]{data}. +\usepackage{eso-pic} +\usepackage{hyperref} % Les hyperliens. +\hypersetup{ % Configuration de "hyperref". + unicode=true, % Encodage Unicode. + backref=true, % Permet d'ajouter des liens dans... + pagebackref=true, % ...les bibliographies. + hyperindex=true, % Ajoute des liens dans les index. + colorlinks=true, % Colorie les liens. + breaklinks=true, % Permet le retour à la ligne pour les liens trop longs. + urlcolor=blue, % Couleur des hyperliens. + linkcolor=black, % Couleur des liens internes. + bookmarks=true, % Crée des signets pour Acrobat Reader. + bookmarksopen=true, % Si les signets Adobe Acrobat Reader sont créés, + % les afficher complètement. + linktocpage=true, % Lier la table des matières. + pdftitle={Quaternion dual}, % Informations apparaissant dans les informations du + pdfauthor={Alnotz}, % document sous Acrobat Reader : titre, auteur, + pdfsubject={\'Etude math\'ematique}, % sujet, mots clés, langue. + pdfkeywords={Quaternion,Dual,Math\'ematiques}, + pdfproducer={Alnotz}, + pdflang={fr-FR}, +} +\usepackage{lastpage} % Juste pour avoir le total de pages par "\pageref{LastPage}" +\usepackage{fancyhdr} % Pour personnaliser en-tête et pied de page. +\pagestyle{fancy} % Style de page selon "fancyhdr". +\fancyhead[LE,RO]{Alnotz} % En-têtes. +\fancyhead[C]{Quaternion dual} +\fancyhead[RE,LO]{} % Alternative : "\fancyhead[LE,RE,CE,CO,LO,RO]{text}". +\fancyfoot[C]{\thepage{}/\pageref{LastPage}}% Pieds de pages. +\fancyfoot[RE,LO]{2019} % Alternative : "\fancyfoot[LE,RE,CE,CO,LO,RO]{text}". +%\usepackage{minted} % Pour un bon bloc de code. + % Ne pas oublier la commande + % "pdflatex -shell-escape". +%\usepackage{tikz} % TikZ et ses dessins. +%\usetikzlibrary{shapes} % Bibliothèque TikZ pour les diagrammes. +%\usetikzlibrary{patterns} % Bibliothèque TikZ pour les remplissages en traits. +\newcommand{\oneone}{1\!\!1} % Opérateur identité. +\newcommand{\gui}[1]{{\og}#1{\fg}} % Guillemets français. +\newcommand{\utwo}[2]{#1\ \mathrm{#2}} % Unité physique. +\newcommand{\sups}[1]{\textsuperscript{#1}}% Exposant. +\newcommand{\subs}[1]{\textsubscript{#1}}% Indice. +\def\TikZ{Ti{\color{orange}\textit{k}}Z} % Logo TikZ. +\date{\today} % "\today" pour la date +\title{Quaternion dual} % "\title{Un document-test}" si on veut simple. +\author{Alnotz} % Auteurs. +\setlength{\parindent}{4em} +\setlength{\parskip}{2em} +\begin{document} + \maketitle + + \part{Nombre dual} + + \section{Définition} + + Soit $r$ un nombre de l'ensemble $\mathbb{D}$ des duals de \emph{W. Clifford}. + Il est défini par $r = a + b \varepsilon$ avec $(a;b) \in \mathbb{R}^2$ et $\varepsilon^2 = 0$. + On peut aussi définir une base orthonormée $\mathcal{B}_\mathrm{d}$ avec $\mathcal{B}_\mathrm{d} = (1;\varepsilon)$. + + \section{Propriétés} + + \begin{itemize} + \item Additivité : \begin{eqnarray} +r_1 + r_2 & = & [a_1 + b_1 \varepsilon] + [a_2 + b_2 \varepsilon] \nonumber \\ + & = & [a_1 + a_2] + [b_1 + b_2] \varepsilon +\end{eqnarray} \label{eqn:math01} + \item Multiplicité : \begin{eqnarray} +r_1 r_2 & = & [a_1 + b_1 \varepsilon] [a_2 + b_2 \varepsilon] \nonumber \\ + & = & a_1 a_2 + [a_1 b_2 + a_2 b_1] \varepsilon + b_1 b_2 \varepsilon^2 \nonumber \\ + & = & a_1 a_2 + [a_1 b_2 + a_2 b_1] \varepsilon +\end{eqnarray} \label{eqn:math02} + \item Division : \begin{eqnarray} +\frac{a_1 + b_1 \varepsilon}{a_2 + b_2 \varepsilon} & = & \frac{a_1 + b_1 \varepsilon}{a_2 + b_2 \varepsilon} \frac{a_2 - b_2 \varepsilon}{a_2 - b_2 \varepsilon} \nonumber \\ + & = & \frac{a_1 a_2 + [a_2 b_1 - a_1 b_2] \varepsilon}{{a_2}^2} \nonumber \\ + & = & \frac{a_1}{a_2} + \frac{a_2 b_1 - a_1 b_2}{{a_2}^2} \varepsilon +\end{eqnarray} \label{eqn:math03} + \item Dérivation avec $b \ll a$: \begin{eqnarray} +f(a + b \varepsilon) & = & \sum_{n=0}^{n=+\infty} \frac{1}{!n} \frac{d^{(n)} f}{d a^n}(a) [b \varepsilon]^n \nonumber \\ + & = & f(a) + \frac{d^{(1)} f}{d a^1}(a) [b \varepsilon]^1 + \sum_{n=2}^{n=+\infty} \frac{1}{!n} \frac{d^{(n)} f}{d a^n}(a) b^n \varepsilon^n \nonumber \\ + & = & f(a) + \frac{d f}{d a}(a) b \varepsilon +\end{eqnarray} \label{eqn:math04} + \end{itemize} + + \part{Quaternion} + + \section{Définition} + + Soit $q$ un nombre de l'ensemble $\mathbb{Q}$ des quaternions de \emph{W. R. Hamilton}. + Il est défini par $d = a + b i + c j + d k$ avec $(a;b;c;d) \in \mathbb{R}^4$, $i^2 = j^2 = k^2 = -1$ et $ij = k$. + On peut définir aussi une base orthonormée directe $\mathcal{B}_\mathrm{q}$ définie par $\mathcal{B}_\mathrm{q} = (1;i;j;k)$. + Cet ensemble est analogue à l'espace de \emph{Minkovski}. + + \section{Propriétés} + + \begin{itemize} + + \item Additivité : \begin{eqnarray} +q_1 + q_2 & = & [a_1 + b_1 i + c_1 j + d_1 k] + [a_2 + b_2 i + c_2 j + d_2 k] \nonumber \\ + & = & [a_1 + a_2] + [b_1 + b_2] i + [c_1 + c_2] j + [d_1 + d_2] k +\end{eqnarray} \label{eqn:math05} + \item anti-commutativité : \begin{equation} +ij = -ji ; q_1 q_2 = -q_2 q_1 + \end{equation} \label{eqn:math06} + \item Multiplicité : \begin{eqnarray} +q_1 + q_2 & = & [a_1 + b_1 i + c_1 j + d_1 k] + [a_2 + b_2 i + c_2 j + d_2 k] \nonumber \\ + & = & a_1 a_2 + [a_1 b_2 + b_1 a_2] i + [a_1 c_2 + c_1 a_2] j + [a_1 d_2 + d_1 a_2] k \nonumber \\ + & & + b_1 b_2 i^2 + c_1 c_2 j^2 + d_1 d_2 k^2 \nonumber \\ + & & + b_1 c_2 ij + c_1 d_2 jk + d_1 b_2 ki \nonumber \\ + & & + b_1 d_2 ik + c_1 b_2 ji + d_1 c_2 kj \nonumber \\ + & = & a_1 a_2 - b_1 b_2 - c_1 c_2 - d_1 d_2 \nonumber \\ + & & + [a_1 b_2 + b_1 a_2] i + [a_1 c_2 + c_1 a_2] j + [a_1 d_2 + d_1 a_2] k \nonumber \\ + & & + [c_1 d_2 - d_1 c_2] i + [d_1 b_2 - b_1 d_2] j + [b_1 c_2 - c_1 b_2] k \nonumber \\ + & = & [a_1 a_2 - b_1 b_2 - c_1 c_2 - d_1 d_2] \nonumber \\ + & & + [a_1 b_2 + b_1 a_2 + c_1 d_2 - d_1 c_2] i \nonumber \\ + & & + [a_1 c_2 + c_1 a_2 + d_1 b_2 - b_1 d_2] j \nonumber \\ + & & + [a_1 d_2 + d_1 a_2 + b_1 c_2 - c_1 b_2] k \\ + & = & a_1 a_2 - \mathbf{v}_1 \cdot \mathbf{v}_2 + a_1 \mathbf{v}_2 + a_2 \mathbf{v}_1 + \mathbf{v}_1 \times \mathbf{v}_2 +\end{eqnarray} \label{eqn:math07} + \item Conjugaison : \begin{equation} +q^* = a - \mathbf{v}\ ;\ {q^*}^* = q +\end{equation} \label{eqn:math09} + \item Module : \begin{equation} +|q| = \sqrt{ a^2 + b^2 + c^2 + d^2}\ ;\ |q|^2 = qq^* +\end{equation} \label{eqn:math10} + \item Argument : \begin{equation} +\mathrm{arg}(q) = \cos\left(\frac{\theta}{2}\right) + \sin\left(\frac{\theta}{2}\right) \mathbf{n} +\end{equation} \label{eqn:math11} + \end{itemize} + + L'\hyperref[eqn:math07]{\textbf{équation 8}} indique un autre formalisme introduisant la composante vectorielle $\mathbf{v}$ du quaternion, définie par $\mathbf{v} = a i + b j + c k$, ainsi que les opérateurs \gui{$\cdot$} et \gui{$\times$} pour les produits respectifs scalaire et vectoriel. + Il y a encore une analogie avec l'espace de \emph{Minkovski}. + + \part{Quaternion dual} + + \section{Définition} + + Soit $s$ un nombre de l'ensemble $\mathbb{S}$ des quaternions duals. + Ce nombre peut être défini par $s = q_\mathrm{r} + q_\mathrm{d} \varepsilon$ avec $q_\mathrm{r}$ un quaternion réel et $q_\mathrm{d}$ un quaternion dual. + On remarquera $\mathbb{S} = \mathbb{D} \cup \mathbb{Q}$. + Si un vecteur réel pur $\mathbf{v}_\mathrm{r}$ décrit une rotation unique, un vecteur pur $\mathbf{v}$ défini par $\mathbf{v} = \mathbf{v}_\mathrm{r} + \mathbf{v}_\mathrm{d} \varepsilon$ décrit rotation et translation uniques. + +On peut dissocier $\mathbf{v}$ suivant sa composante linéaire $\mathbf{t}$ (translation pure). +\begin{equation} +\mathbf{v} = \mathbf{v}_\mathrm{r} + \frac{1}{2} \mathbf{t} \mathbf{v}_\mathrm{r} \varepsilon +\end{equation} \label{eqn:math12} + +Rotation unitaire : $s_\mathrm{r} = \cos\left(\frac{\theta}{2}\right) + \sin\left(\frac{\theta}{2}\right) \mathbf{n} + 0 \varepsilon$ + +Translation unitaire : $s_\mathrm{t} = 1 + \frac{1}{2} \mathbf{t} \varepsilon$ + +Condition d'unité : $|s| = 1 \Leftrightarrow {s_\mathrm{r}}^* s_\mathrm{d} + {s_\mathrm{d}}^* s_\mathrm{r} = 0$ + +Composante de translation : $\mathbf{t} = 2 s_\mathrm{d} {s_\mathrm{r}}^*$ + +$s$ comme une rotation suivie d'une translation : $s = s_\mathrm{t} s_\mathrm{r}$ + +Mouvement d'un état $p$ à un état $p^\prime$ par $s$ : $p^\prime = s p s^*$ + +\end{document}