Теорема вращения Эйлера утверждает, что любое вращение трёхмерного пространства имеет ось.
Таким образом, вращение может быть описано тремя координатами: двумя координатами оси вращения (например, широта и долгота) и углом поворота.
Для заданного единичного вектора n и угла φ обозначим R(φ, n) вращение в направлении вектора n против часовой стрелки на угол φ. Тогда:
Для любого вращения существует единственный угол φ, для которого 0 ≤ φ ≤ π, при этом:
Представление Эйлера позволяет исследовать топологию группы вращений трёхмерного пространства SO(3). Для этого рассмотрим шар с центром в начале координат с радиусом π.
Любое вращение на угол, меньший π, задаёт единственную точку внутри шара (направление задаёт направление оси вращения, а угол задаёт расстояние от начала координат). Вращение на угол π соответствует двум противоположным точкам на поверхности сферы.
Таким образом, шар с отождествлёнными противоположными точками сферы гомеоморфен группе вращений пространства SO(3).
Теорема вращения Эйлера.