足球比赛开始时,球位于场地中央,然后通过移动和转弯在场地周围移动45分钟。 在下半场开始时,球再次位于场地中央。 我们用线性代数的简单方法表明,表面上的无数个点总是与原始状态完全相同或完全等于2。
首先,上半场中球的运动轨迹总和为零向量,因此可以忽略不计。这样就剩下有限个旋转\(A_1, ..., A_n \in \mathbb{R}^{3 \times 3}\)其中\(A_k\)正交且\(\det(A_k) = 1 \,\, \forall \,\, k \in \{1,...,n\}\) 。对于任意两个旋转\(A_i, A_j\)以下等式成立::
$$ (A_i A_j)^T (A_i A_j) = A_j^T A_i^T A_i A_j = A_j^T (A_i^T A_i) A_j = A_j^T E_3 A_j = A_j^T A_j = E_3 $$
如
$$ \det(A_i A_j) = \det(A_i) \cdot \det(A_j)=1 \cdot 1 = 1. $$
这意味着\( A_i A_j \)一个旋转,这就是\( A_1 ... A_n \)也是一个旋转的原因。
如果现在\( A_1 ... A_n = E_n \) ,那么显然球表面的所有点都精确地位于起点-在另一种(更有可能的情况下) \( A_1 ... A_n \)的特征向量等于其旋转轴特征值\(1\) 。 这就是说,位于旋转轴上的这两个点正好映射到它们自己上。