总假定:所论二次曲线非退化. 仅讨论二阶曲线 § 4.5 二次点列上的射影变换 总假定:所论二次曲线非退化. 仅讨论二阶曲线 一、二次点列上的射影对应 1、定义 定义4.12 二阶曲线上全体点的集合称为一个二次点列, 称为这点列的底. 记作(A,B,C,…)或(P)或. 定义4.12' 二级曲线'上全体直线的集合称为一个二次线束, '称为这线束的底. 记作'(a,b,c,…)或'(p)或'. 只讨论二次点列. 注:作为点的集合, 二次点列与一次点列、线束都具有同样多的元素.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 一、二次点列上的射影对应 2、二次点列上四点的交比 § 4.5 二次点列上的射影变换 一、二次点列上的射影对应 2、二次点列上四点的交比 定义4.13 设A, B, C, D为二次点列上四点. 则其交比定义为 (AB, CD)=S(AB, CD). 其中S为上任意一点. 若上述交比为–1, 则称这四点构成二次点列上一个调和点组. 注:由推论4.3, (AB,CD)与S的选取无关,本定义合理.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 一、二次点列上的射影对应 3、二次点列间的射影对应 § 4.5 二次点列上的射影变换 一、二次点列上的射影对应 3、二次点列间的射影对应 定义4.14 如图所示点列、线束与二次点列之间的透视对应. 记作:S(P) (P);x(P1) (P). 注1:线束与二次点列, 束心须在上;点列与二次点列, 对应点连线共点于上. 注2:点列、线束与二次点列之间的透视对应是保交比的双射. 定义4.15 若两个二次点列分别与两个射影线束透视, 则这两个二次点列成射影对应. S(P) (P) S(P) S'(P') (P) '(P') S'(P') '(P')
§ 4.5 二次点列上的射影变换 一、二次点列上的射影对应 4、Steiner作图法 § 4.5 二次点列上的射影变换 一、二次点列上的射影对应 4、Steiner作图法 定理4.17 (1) 已知相异的三对对应点惟一确定两个二次点列间的一个射影对应. (2) 二次点列间的射影对应是一个保交比的双射. 例1. 已知两个二次点列与'的射影对应的三双相异的对应点A, A'; B, B'; C, C'(如图), 求作上任一点P在'上的对应点P'(Steiner作图法). 注1 直线B0C0称为与'的射影对应的透视轴. 由作图, 透视轴存在而不惟一. 注2 透视轴不惟一, 但是P的对应点P'惟一存在.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 二、二次点列上的射影变换 定义 同底两个二次点列间的射影对应称为二次点列上的一个射影变换. § 4.5 二次点列上的射影变换 二、二次点列上的射影变换 定义 同底两个二次点列间的射影对应称为二次点列上的一个射影变换. 定理4.18 (Steiner)设 f 为二次点列上的一个非恒同的射影变换. 则存在惟一直线 p0 , 使得对于 f 的任何两对对应点A, A'; B, B', 都有PAB=AB'A'B在直线p0上. 直线 p0称为 f 的射影轴, 简称轴. 证明:(略, 见教材). 注:射影轴即为三双对应点确定的Pascal线. 轴与的交点即为 f 的不变点. f 的射影轴 推论4.11 二次点列上的一个非恒同的射影变换 f 的轴可由已知 f 的相异的三对对应点完全确定. 推论4.12 二次点列上任一个非恒同的射影变换 f 可由已知其轴和一对相异的对应点完全确定.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 二、二次点列上的射影变换 定义4.17 二次点列上的双曲型、抛物型、椭圆型射影变换. § 4.5 二次点列上的射影变换 二、二次点列上的射影变换 定义4.17 二次点列上的双曲型、抛物型、椭圆型射影变换. 注:二次点列上的一个射影变换 f 为双曲型、抛物型或椭圆型 f 的轴与相交、相切或不相交(交于一对共轭虚点). 定理4.19 f: (P) (P') 体会:通过透视对应, 一维基本形的射影对应、射影变换的许多性质都可移植到二次点列上来. S(P) (P) x(P1) (P) S(P') (P') x(P'1) (P') fS: S(P) S(P') fx: x(P1) x(P'1) f 与fS , fx为同型射影变换. 定理4.20 对于二次点列上的双曲、椭圆型射影变换, 其两个不变元素与任一对相异的对应元素所成交比为常数, 称为特征不变量.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 § 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 定义 二次点列上的一个非恒同的射影变换 f 称为对合, 如果任取上一点S与 f 的对应点连线得到线束S中一个对合 f0. 注:二次点列上的对合由与之透视的线束的对合诱导. 定理 对于二次点列, 下列结论成立: (1) 上的对合可由已知其相异的两对对应点惟一确定; (2) 上的一个非恒同的射影变换 f 为对合 f 有一对对应元素相互对应; (3) 上对合的几何条件:(P1P'1, P2P3)= (P'1P1, P'2P'3); (4) 上对合 f 的射影轴 p0称为 f 的对合轴. 问题: 上对合 f 的轴能与相切吗 ? 答案:不可能. 因为不存在抛物型对合.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 注:设已知上对合f 的两对对应点A,A';B,B'. 作出对合轴 p0. § 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 注:设已知上对合f 的两对对应点A,A';B,B'. 作出对合轴 p0. 分别为点A,A';B,B'处切线的交点. 共线于对合轴p0. 问题:对合对应点的连线有何规律? 答案:AA' ,BB',…以及不变点X, Y处的切线必共点.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 推论 对于二次点列上的对合 f § 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 推论 对于二次点列上的对合 f (1) f 的对合轴可由其相异的两对对应点惟一确定; (2) f 可由其对合轴惟一确定; (3) 在 f 的任意一对相异的对应点处的切线交于对合轴 p0. 定理 二次点列上任意对合的特征不变量为–1. 即二次点列上对合的任一对相异的对应点被两个不变点调和分离. 利用配极变换又可得: 定理 二次点列上对合 f 的任一对对应点的连线过一定点;以不在上的任一点为束心的线束中每一直线与的交点是上同一对合的对应点. 上述定点称为f 的对合中心, 对合中心是对合轴的极点. 推论 二次点列Γ上的任一对合可由已知其对合中心惟一确定.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 例1. (P.135, Ex. 2) § 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 例1. (P.135, Ex. 2) 证明. 由上题, (AB, XY)= –1. 所以 (PQ, AB)=R(XY, AB)=(XY, AB)= –1. 于是:(PQ, AB)=…= (CT, AB)= –1 对合. 引申1. 当R沿运动, 由RX×AB, RY×AB可得到直线AB上以A, B为不变点的对合的任意多对对应点. 引申2. 综合1, 2题得到简单的作图题: 设过不在已知非退化二阶曲线上一点T所作的两切线的切点为X, Y, l为过T不与相切的直线, l交于A, B. 求作l上以A, B为不变点的对合的任一对对应点(异于图中已知点). 引申3. 设直线 l与非退化二阶曲线交于相异二点A, B. 求作l上以A, B为不变点的对合的任意两对对应点. (多种解法, 03级考题)
§ 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 例2. (P.135, Ex. 4) § 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 例2. (P.135, Ex. 4) 证明. 二阶曲线上对合的几何条件与点列上对合的形式完全相同, 照抄P.77, §2.5, 例2.14. 例3. (P.135, Ex. 5) 证明. 如图, 过P0另作的弦P1Q1, 设AP1, AQ1分别交'于P1', Q1'. 由定理4.24, 在上(P, P1, …)(Q, Q1, …)为对合(以P0为对合中心). 于是, 在A为束心的线束中, A(P, P1, …)A(Q, Q1, …)为对合. 从而, 在'上, 对应(P', P1', …)(Q', Q1', …)为对合. 由上述对合可知, 其对应点的连线P'Q', P1'Q1'必定共点于对合中心.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 § 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 例4(P.135, Ex. 7) 如图, 设A,B为不在非退化二阶曲线上的两个定点, PP', P'P''分别为通过A,B的两条动弦. 求证: (P) ↔ (P')与(P') ↔ (P'')都是上的对合. 问(P) ↔ (P'')是否为上的对合? 证明 以定点A为对合中心, (P) ↔ (P')为对合. 以定点B为对合中心, (P') ↔ (P'')为对合. (P) ↔ (P'')不一定成为对合. 除非PP''能够经过定点.
§ 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 § 4.5 二次点列上的射影变换 三、二次点列上的对合 例5(P.135, Ex. 8) 如图, 设PP'为过不在非退化二阶曲线上一定点的动弦, 又A,B为上的两个定点, 且Q=AP×BP', R=BP×AP'. 求证:Q,R在另一条二阶曲线上. 证明 由PP'过定点得(P) ↔ (P')为对合. 于是A(P,P'…) ↔B(P',P…)为射影线束. 而Q, R,…为此二射影线束的对应直线的交点, 所以在另外一条二阶曲线上. 注:由此想到: 上两定点与其上同一个动点连线, 得到两个射影线束. 上两定点分别与其上射影变换的对应点连线, 得到两个射影线束.
The Class is over. Goodbye! 今日作业 P.135, 1, 3 The Class is over. Goodbye!