計算の省略部分 作成: 2007-11-05
更新: 2007-11-09



    P は,つぎの条件で定まる:

      = k
      = 0

    そしてこの条件より:

      0 = ・ () = ・ ( ー k )
      ー k ||2 ー k

      よって,
      k = = qx ax + qy ay + qz az

    || = r に対し:

      r2 = ||2 ー ||2 = ax2 + ay2 + az2 ー k2


    B は,つぎの条件で定まる:

      = 0
      || = || 
      = || || cos θ = r2 cos θ
      × = t  ( t > 0 )

    そしてこの条件より:

      0 = ・ () = ・ ( ー k )
      ー k||2 ー k

      よって,
      k = = qx bx + qy by + qz bz

      = || || cos θ = r2 cos θ では,

        = () ・()
        = ( ー k ) ・( ー k )
        ー k ー k + k2
        = ax bx + ay by + az bz ー k2 ー k2 + k2
        = ax bx + ay by + az bz ー k2
        = ax bx + ay by + az bz ー ( ax2 + ay2 + az2 ー r2 )

      よって,
      ax bx + ay by + az bz = ax2 + ay2 + az2 ー r2 + r2 cos θ

      × = () × ()
      = ( ー k ) × ( ー k )
      × ー k × ー k × + k2 ×

      = (ay bz ー az by,  az bx ー ax bz,  ax by ー ay bx)
      ー k (qy bz ー qz by,  qz bx ー qx bz,  qx by ー qy bx)
      ー k (ay qz ー az qy,  az qx ー ax qz,  ax qy ー ay qx)

      = (ay bz ー az by ー k qy bz + k qz by ー k ay qz + k az qy,
        az bx ー ax bz ー k qz bx + k qx bz ー k az qx + k ax qz,
        ax by ー ay bx ー k qx by + k qy bx ー k ax qy + k ay qx)

      = ( (ay ー k qy) bz ー (az ー k qz) by ー k ay qz + k az qy,
        (az ー k qz) bx ー (ax ー k qx) bz ー k qx az + k qz, ax
        (ax ー k qx) by ー (ay ー k qy) bx ー k qy ax + k qx) ay

      t = | × | = || || sin θ = r2 sin θ

      よって, × = t は,つぎのようになる:

      (ay ー k qy) bz ー (az ー k qz) by = k qz ay ー k qy az + r2 qx sin θ
      (az ー k qz) bx ー (ax ー k qx) bz = k qx az ー k qz ax + r2 qy sin θ
      (ax ー k qx) by ー (ay ー k qy) bx = k qy ax ー k qx ay + r2 qz sin θ


    以上をまとめて:
    (1) k = qx ax + qy ay + qz az = qx bx + qy by + qz bz

    (2) ax bx + ay by + az bz = ax2 + ay2 + az2 ー r2 + r2 cos θ

    (3) (ay ー k qy) bz ー (az ー k qz) by = k qz ay ー k qy az + r2 qx sin θ
    (4) (az ー k qz) bx ー (ax ー k qx) bz = k qx az ー k qz ax + r2 qy sin θ
    (5) (ax ー k qx) by ー (ay ー k qy) bx = k qy ax ー k qx ay + r2 qz sin θ



    (2), (4), (5) より,bx が得られる:

      (5) の by,(4) の bz を (2) に代入:

      ax bx
      + ay ((ay ー k qy) bx + k qy ax ー k qx ay + r2 qz sin θ) / (ax ー k qx)
      + az ((az ー k qz) bx ー k qx az + k qz ax ー r2 qy sin θ) / (ax ー k qx)
      = ax2 + ay2 + az2 ー r2 + r2 cos θ

      ( ax (ax ー k qx) + ay (ay ー k qy) + az (az ー k qz) ) bx
      + ay ( k qy ax ー k qx ay + r2 qz sin θ)
      + az ( ー k qx az + k qz ax ー r2 qy sin θ)
      = (ax ー k qx) ( ax2 + ay2 + az2 ー r2 + r2 cos θ)

      ( ax2 ー k qx ax + ay2 ー k qy ay + az2 ー k qz az ) bx
      = ー ( k qy ax ay ー k qx ay2 + r2 qz ay sin θ )
      ー ( ー k qx az2 + k qz az ax ー r2 qy az sin θ )
      + ( ax ax2 + ax ay2 + ax az2 ー r2 ax + r2 ax cos θ )
      ー k ( qx ax2 + qx ay2 + qx az2 ー r2 qx + r2 qx cos θ )

      左辺
      = ( ax2 + ay2 + az2 ー k ( qx ax + qy ay + qz) az ) bx
      = ( ax2 + ay2 + az2 ー k2 ) bx
      = r2 bx

      右辺
      = ー ( k qy ax ay ー k qx ay2 + qz r2 ay sin θ )
      ー ( ー k qx az2 + k qz az ax ー r2 qy az sin θ )
      + ( ax ax2 + ax ay2 + ax az2 ー r2 ax + r2 ax cos θ )
      ー k ( qx ax2 + qx ay2 + qx az2 ー r2 qx + r2 qx cos θ )

      = ー k qy ax ay + k qx ay2 ー r2 qz ay sin θ
      + k qx az2 ー k qz az ax + r2 qy az sin θ
      + ax ax2 + ax ay2 + ax az2 ー r2 ax + r2 ax cos θ
      ー k qx ax2 ー k qx ay2 ー k qx az2 + k r2 qx ー k r2 qx cos θ

      = + ax ax2 + ax ay2 + ax az2 ー k qx ax2 ー k qy ax ay ー k qz az ax ー r2 ax
      ー r2 qz ay sin θ + r2 qy az sin θ + r2 ax cos θ + k r2 qx ー k r2 qx cos θ
      + k qx ay2 ー k qx ay2 + k qx az2 ー k qx az2

      = ( ax2 + ay2 + az2 ー k ( qx ax + qy ay + qz az ) ) ax ー r2 ax
      + r2 ( ー qz ay sin θ + qy az sin θ + ax cos θ + k qx ー k qx cos θ )

      よって,

      bx ー qz ay sin θ + qy az sin θ + ax cos θ + k qx ー k qx cos θ

      = ー qz ay sin θ + qy az sin θ + ax cos θ
      + ( qx ax + qy ay + qz az ) qx ー ( qx ax + qy ay + qz az ) qx cos θ

      = ( cos θ + qx2 ー qx2 cos θ ) ax
      + ( + qx qy ー qy qx cos θ ー qz sin θ ) ay
      + ( qx qz ー qz qx cos θ + qy sin θ ) az


    同様にして,(2), (3), (5) から by, (2), (3), (4) から bzが,それぞれ得られる:

      by ( cosθ + qy2 ー qy2 cosθ ) ay
      + ( qy qz ー qy qz cosθ ー qx sinθ ) az
      + ( qy qx ー qy qx cosθ + qz sinθ ) ax
      bz ( cosθ + qz2 ー qz2 cosθ ) az
      + ( qz qx ー qz qx cosθ ー qy sinθ ) ax
      + ( qz qy ー qz qy cosθ + qx sinθ ) ay