設 為 角
和
之間的角,
為 角
和
之間的角,且
為 角
和
之間的角。則方向餘弦等價於
的 單位向量
的座標,
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(1)
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(2)
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(3)
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從這些定義,可以得到
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(4)
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要找到在方向餘弦上執行積分時的 雅可比行列式,請使用
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(5)
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(6)
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(7)
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雅可比行列式 是
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(8)
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使用
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(9)
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(10)
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(11)
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(12)
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因此
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(13)
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(14)
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(15)
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(16)
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方向餘弦也可以在兩組 笛卡爾座標系 之間定義,
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(17)
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(18)
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(19)
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(20)
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(21)
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(22)
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(23)
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(24)
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(25)
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未加撇號座標在加撇號座標上的投影產生
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(26)
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(27)
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(28)
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(29)
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(30)
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(31)
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以及
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(32)
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(33)
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(34)
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(35)
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(36)
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(37)
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加撇號座標在未加撇號座標上的投影產生
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(38)
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(39)
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(40)
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(41)
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(42)
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(43)
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以及
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(44)
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(45)
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(46)
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使用座標系的 正交性,必然成立
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(47)
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(48)
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給出恆等式
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(49)
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對於 和
,以及
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(50)
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對於 。這兩個恆等式可以合併成單個恆等式
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(51)
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其中 是 克羅內克 delta。