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1、中心投影,无穷远元素,齐次坐标,对偶原则,Desargues定理,齐次点坐标,复元素,齐次线坐标,主要内容:,附带内容:,第一节 射影直线和射影平面,2.1.1 中心射影,2.1.2 无穷远元素,2.1.3 一维、二维射影空间,2.1.4 图形的射影性质,2.1.1 中心投影,定义2.1,OP 投射线,P l 上的点P在l上的像,P l 上的点P 在l上的像,一、平面上两直线间的中心射影,OV 与l不相交,V 为l上的影消点,影消点的存在,导致两直线间的中心射影不是一个双射(一一对应)。,X=ll 自对应点(不变点),OU与l 不相交,U 为l上的影消点,三个特殊的点:,因此,1:l l 是
2、l 到 l 的中心射影,OP 投射线,二、平面到平面的中心射影,定义2.2,P 上的点P 在上的像,P 上的点P在上的像,因此,,是 到的中心射影,三条特殊的直线:,自对应直线(不变直线),u为由影消点构成的影消线,v 为由影消点构成的影消线,注:影消线的存在,导致两平面间的中心射影不是一个双射(一一对应)。,中心射影不是双射的原因:存在影消点、影消线,存在影消点、影消线的原因:平行的直线没有交点,平行的平面没有交线。,如何使得中心射影成为一个双射(一一对应)?,给平行线添加交点!,例:求一个中心射影将任意一个三角形射影成等腰三角形。,解:,目标:,改造空间,使得中心射影成为双射,途径:,给平
3、行直线添加交点,要求:,不破坏下列两个基本关系,两条相异直线确定唯一一个点(交点),两个相异点确定唯一一条直线(连线),点与直线的关联关系,2.1.2 无穷远元素,一、无穷远点,为区别起见,称平面上原有的点为有穷远点(普通点),,(2)相互平行的直线上添加的无穷远点相同,约定一:,(1)平面内在每一条直线上添加唯一一个点,,此点不是该直线上原有的点.称为无穷远点(理想点),,记作P,不平行的直线上添加的无穷远点不同.,注:,1)无穷远点实际上是二维空间中平行直线的交点。,记作P,2)由于平面内有无数多组平行线,因此一个平面内有无数多个无穷远点。,例:一条直线和它的平行平面相交于一个无穷远点。,
4、证明:,如图,,二、无穷远直线,区别起见,称平面上原有的直线为有穷远直线(通常直线),l,约定二:,按约定一的(1),(2)添加无穷远点之后,平面上全,体无穷远点构成一条直线,称为无穷远直线(理想直线),,记作l,无穷远直线实际上是三维空间中平行平面的交线,注:,即 空间中任意一组平行平面交于一条无穷远直线。,推导:,理解约定一,1、对于平面上每一方向,有唯一无穷远点.平行的直线交,2、每一条通常直线上有且仅有一个无穷远点.,3、平面上添加的无穷远点个数过一个通常点的直线数.,4、不平行的直线上的无穷远点不同.,于同一无穷远点;交于同一无穷远点的直线相互平行.,总结:,线的关联关系,同时使得中
5、心射影成为双射(一一对应).,在平面上添加无穷远元素之后,没有破坏点与直,两直线,平 行,不平行,交于唯一,无穷远点,有穷远点,平面上任二直线总相交,5、空间中每一组平行直线交于唯一无穷远点.,6、任一直线与其平行平面交于唯一无穷远点.,因而,对于通常直线:,理解约定二,1、无穷远直线为无穷远点的轨迹.无穷远直线上的点均为,2、每一条通常直线与无穷远直线有且仅有一个交点为该直,3、每一平面上有且仅有一条无穷远直线.,4、每一组平行平面有且仅有一条交线为无穷远直线;,无穷远点;平面上任何无穷远点均在无穷远直线上.,线上的无穷远点.,过同一条无穷远直线的平面相互平行。,两平面,平 行,不平行,交于
6、唯一,无穷远直线,有穷远直线,空间中任二平面必相交于唯一直线,因而,对于通常平面:,定义2.3,添加无穷远直线后的平面称为仿射平面;,在仿射直线上不区分有穷远点和无穷远点,则这条直线称,添加无穷远点后的欧氏直线统称为仿射直线;,一、射影直线和射影平面的定义,若在仿射平面上不区分有穷远线和无穷远线,则这个平面,称为射影平面(拓广平面),2.1.3 射影直线和射影平面,为射影直线(拓广直线).,(1)拓广直线的封闭性,拓广直线:向两方前进最终都到达同,二、射影直线、射影平面的基本性质及模型,欧氏直线:向两个方向无限伸展,1、射影直线(拓广直线),定理2.1,(1)两个相异的拓广点确定唯一一条拓广直
7、线;,在拓广平面上,点与直线的关联关系成立:,(2)两条相异的拓广直线确定唯一一个拓广点.,一个无穷远点,(2)射影直线在欧氏平面的模型为圆,注:,通常点和无穷远点统称为拓广点;添加无穷远点之后的直线和无穷远直线统称为拓广直线。,(3)拓广直线上点的分离关系,欧氏直线:一点区分直线为两个部分。,拓广直线:一点不能区分直线为两个部分。,欧氏直线:两点确定直线上的一条线段。,拓广直线:不同的两点把直线分成两条线段,其中一条含无穷远点,另一条不含无穷远点。,点偶A,B分离点偶C,D,点偶A,B不分离点偶C,D,(i)任一直线划分欧氏平面为两个不同的区域,任一直线不能划分拓广平面为两个不同的区域,2、
8、射影平面(拓广平面),(1)拓广平面的封闭性,从两个方面理解:,(ii)两条相交直线划分欧氏平面为四个不同的区域,两条相交直线划分拓广平面为两个不同的区域,在拓广平面上,可以证明:,I,II为同一区域,III,IV为同一区域,(2)拓广平面的拓扑模型,Mbius带,注:默比乌斯带(Mbius带)是射影平面的一部分。,默比乌斯带的作法:,三、射影基本形,1、一维基本形,(1)点列,记号,l(A,B,C,)或 l(P),底,元素,(1)线束,记号,L(a,b,c,)或 L(p),线束中心,元素,同一直线上点的集合,平面上过同一点的直线的集合,2、二维基本形,(2)点场,(2)线场,称为点场的底,,
9、称为线场的底,,同一平面上点的集合,同一平面上直线的集合,其上的点称为元素.,其上的直线称为元素.,3、一对重要的基本图形,不共线三点及其两两连线构成的图形,三线形,三点形,不共点三直线及其两两交点构成的图形,顶点:A,B,C边:BC,CA,AB,显然,射影基本形、三点形和三线形都在中心射影下不变,边:a,b,c顶点:bc,ca,ab,记号:三点形ABC,记号:三线形abc,2.1.4 图形的射影性质,一、透视对应,二、射影不变性和射影不变量,引进无穷远元素以后,便可以通过中心射影建立,直线上点之间的一一对应,这种一一对应称为透视对应。,定义2.4:,同样,以通过中心射影建立二平面之间点的一一
10、对应,也称为透视对应。,定义2.5:,经过一切中心射影(透视对应)后图形所具有的不变,性和不变量,叫做图形的射影不变性和射影不变量。,注:,1)同素件,结合性都是射影不变性。,3)圆经过某些中心射影后不变,但经过另一些中心射影可能变成其它二次曲线而不一定是圆,因此圆这一图形不具有射影性质。,2)圆锥曲线经过中心射影后的象还是圆锥曲线,所以我们说圆锥曲线具有射影性质。,例1:相交于影消线的二直线必射影成平行直线。,证明:,反例:,例2:单比不是射影不变量。,1)透视对应不保留平行性.(由例1),2)透视对应不保留两点距离不变。(由例2),注:,3)透视对应不保留二直线间的夹角不变。(由例1),因此单比不是射影不变量。,图形的射影性质,射影性质,射影不变性射影不变量,图形在一切中心射影下保持不变的性质和数量,目前已知的射影性质:,射影不变性:,点与直线的关联关系(结合性);同素性;,结合性:某点在某直线上;某直线通过某点的事实保持不变,射影不变量:,有待探索.目前所知几何量均不是射影不变的,同素性:点 点;直线 直线,