Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Проективная геометрия для ИМ..doc
Скачиваний:
259
Добавлен:
30.10.2018
Размер:
4 Мб
Скачать
☆

Перспектива

Определение: Центральной проекцией или перспективой прямой ℓ на прямую ℓ' из точки S называется отображение при котором каждой точке А прямой ℓ ставится в соответствие точка А' прямой ℓ' такая что А'= ℓ ' ∩ (SА).

Свойства:

1. Перспектива является взаимнооднозначным отображением в силу того, что любые две прямые имеют одну и только одну общую точку.

2. При перспективе сохраняется сложное отношение четырёх точек лежащих на одной прямой (по свойствам сложного отношения).

3. Если обозначить ℓ ∩ ℓ' = М , тогда точка М отображается сама в себя, т.е. при перспективе прямой на прямую точка пересечения этих прямых переходит сама в себя.

Доказательство. Пусть М → М′ ≠ М,

по определению М ′=(SМ)∩ℓ ', но М ℓ′ М = ℓ '∩(SМ). □

Теорема 1. Для того, чтобы отображение прямой на прямую было перспективой необходимо и достаточно чтобы при этом отображении точка пересечения этих прямых переходила в себя.

Доказательство. Необходимость следует из свойства (3).

Достаточность: φ: ℓ1 → ℓ2 и М : φ(М)=М, причем М= ℓ1∩ℓ2 .

Возьмем точки А1 , В1 ℓ1 , найдем φ(А1)=А2 и φ(В1)=В2 ℓ2 .

Таким образом φ : А1 , В1 , М → А2 , В2 , М , причем это отображение единственное, но (А1В1)∩(А2В2)=S - единственная точка. Отсюда следует, что существует перспектива прямой ℓ1 на прямую ℓ2 из точки S .

Так как отображение единственное - это и есть перспектива. □

Теорема 2. Пусть даны две тройки точек: А1, В1, С1ℓ1 и А2, В2, С2 ℓ2 , причем в каждой тройке точки различны, тогда φ : ℓ1 → ℓ2 , такое что φ(А1)=А2 , φ(В1)=В2 , φ(С1)=С2.

Доказательство. Докажем построением. Возможны два случая.

1 случай: ℓ1 ≠ ℓ2 .

1. Проводим прямую (А1А2) и берем на ней две произвольные точки S1 и S2 отличные от А1 и А2 .

2. В0 =(S1В1)∩(S2В2), С0 =(S1С1)∩(S2С2), А0 =(В0С0)∩(S1S2),

3. Рассмотрим отображения φ1 : ℓ1 → (В0С0) - перспектива с центром S1 и φ2 : (В0С0) → ℓ2 - перспектива с центром S2, тогда искомое проективное преобразование φ = φ2 ◦ φ1 . так как φ1 и φ2 - проективные преобразования, то φ - тоже проективное преобразование.

4. М0 =(S1М1)∩(В0С0), М2 =(S2М0)∩ ℓ2 - образ точки М1.

2 случай ℓ1 = ℓ2 .

1. Проводим произвольную прямую ℓ3 , берем произвольную т. S3 не инцидентную прямым ℓ1 и ℓ3 .

2. А3=(S3А1)∩ ℓ3 ,

В3=(S3В1)∩ ℓ3 ,

С3=(S3С1)∩ ℓ3 .

3. Проводим прямую (А2А3) и берем на ней две произвольные точки S1 и S2 отличные от А2 и А3 .

4. С0 =(S1С3)∩(S2С2), В0 =(S1В3)∩(S2В2), А0 =(В0С0)∩(S1S2).

5. Рассмотрим отображения:

φ3 : ℓ1 → ℓ3 - перспектива с центром S3

φ1 : ℓ3 → (В0С0) - перспектива с центром S1

φ2 : (В0С0) → ℓ1 = ℓ2 - перспектива с центром S2,

тогда искомое проективное преобразование

φ = φ2 ◦ φ1 ◦ φ3 .

6. М3=(S3М1)∩ℓ3, М0 =(S1М3)∩(В0С0), М2 =(S2М0)∩ℓ1 .

Вывод: Проективное отображение прямой на прямую задается двумя тройками различных точек.

Вывод: Любое проективное отображение прямой можно разложить на композицию не более трех перспектив:

1. Если ℓ1 = ℓ2 - три перспективы.

2. Если ℓ1 ≠ ℓ2 - не более двух перспектив.

3. Если ℓ1 ≠ ℓ2 и (А1А2)∩(В1В2)∩(С1С2)= S - одна перспектива с центром в точке S.

Построение образов и прообразов точек.

Найти образ М1 ℓ1 .

1 случай: М0 =(S1М1)∩(В0С0), М2 =(S2М0)∩ ℓ2 - образ точки М1

2 случай: М3=(S3М1)∩ℓ3 , М0=(S1М3)∩(В0С0), М2=(S2М0)∩ℓ1 - образ точки М1.

Найти прообраз К2 ℓ2

1 случай: К0 =(S2К2)∩(В0С0), К1 =(S1К0)∩ ℓ1 - прообраз точки К2 .

2 случай: К0=(S2К23)∩(В0С0), К3=(S1К0)∩ℓ3 , К1=(S3К3)∩ℓ1 - прообраз точки.

Построение самостоятельно.

Задача. По рисунку восстановите порядок построения.

Теорема Паппа. Пусть ℓ1 и ℓ2 различные прямые.

На одной из них выбраны различные точки

А1 , А3 , А5ℓ1 на другой А2 , А4 , А6ℓ2 .

Тогда точки (А1А2)∩(А4А5)=P, (А2А3)∩(А5А6)=Q, (А3А4)∩(А6А1)=R - инцидентны одной прямой.

Доказательство. Самостоятельно.

1 способ: Рассмотрите репер R(А1,А2,А3,А4), найдите координаты остальных точек и примените условие коллинеарности для точек P, Q , R.

2 способ: Выделите перспективы.

3 способ. Рассмотрите как частный случай теоремы Паскаля.