3.7 Coordinate systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
3.7.1 Cartesian coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
3.7.2 Polar coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
3.7.3 Cylindrical coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
3.7.4 Spherical coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
3.8 Vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
3.8.1 Magnitude of a vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
3.8.2 Normalizing a vector to a unit length . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
3.8.3 Scalar (dot) product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
3.8.4 Commutative law of the scalar product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
3.8.5 Associative law of the scalar product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
3.8.6 Angle between two vectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
3.8.7 Vector (cross) product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
3.8.8 The non-commutative law of the vector product . . . . . . . . . . . . . . 254
3.8.9 The associative law of the vector product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
3.8.10 Scalar triple product . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
3.9 Quaternions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
3.9.1 Definition of a quaternion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
3.10 Transformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
3.10.1 Scaling in
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
3.10.2 Translation in
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
3.10.3 Rotation in
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
3.10.4 Shearing in
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
3.10.5 Reflection in
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
3.10.6 Change of axes in
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
3.10.7 Identity matrix in
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
3.10.8 Scaling in
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
3.10.9 Translation in
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
3.10.10 Rotation in
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
3.10.11 Reflection in
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
3.10.12 Change of axes in
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
3.10.13 Identity matrix in
3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
3.11 Two-dimensional straight lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3.11.1 Cartesian form of the line equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
3.11.2 Hessian normal form . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
3.11.3 Equation of a line from two points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
3.11.4 Point of intersection of two straight lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
3.11.5 Angle between two straight lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
3.11.6 Three points lie on a straight line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
3.11.7 Parallel and perpendicular straight lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
3.11.8 Shortest distance to a line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
3.11.9 Position and distance of a point on a line
perpendicular to the origin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
3.11.10 Position and distance of the nearest point on a line to a point . . 280
3.11.11 Position of a point reflected in a line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
3.11.12 Normal to a line through a point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
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