2.2. Обратные преобразования
Преобразование M01 установили как преобразование, переводящее точку A из положения A0 в положение A1. Теперь будем интересоваться вопросом: если известна M01, то какова будет матрица преобразования, переводящая точку A из положения A1 в положение A0. Такую матрицу естественно назвать M10.
A1 = M01A0, M01 – задано. Найти M10, переводящую точку A из положения A1 в положение A0, т.е. такую, при которой A0 = M10A1.
Ответ
на этот вопрос дают элементарные свойства
матричных уравнений. Разрешим уравнение
относительно A0.
Получим:
,
где
есть матрица, обратная
.
В итоге:
;
;
;
;
;
.(2.8)
Все соотношения, перечисленные в (2.8), справедливы.
Напомним общий прием нахождения обратной матрицы. Пусть задана матрица B, найти матрицу С, обратную B, т.е. C = B–1. Тогда элементы cij матрицы С будут находиться по формуле
,
где
Bij
– алгебраическое дополнение элемента
bij
матрицы B;
detB
– определитель матрицы B.
Алгебраическое дополнение Bij
= (–1)i+j
– определитель, полученный при удалении
из матрицы B
i-й
строки и j-го
столбца, нумерация строк и столбцов с
единицы. Обратная матрица существует,
если
.
Полезно знать матрицы, обратные тем элементарным, которые ранее были определены:
.
Для приведенной цепочки преобразований справедливы такие соотношения:
;
;
;
;
;
.
Аналоги формул (2.6) и (2.7):
A0 = M10M21M32 MN(N–1)AN =MN0; (2.9)
MN0 = M10M21M32 MN(N–1). (2.10)
2.3. Аффинные преобразования
Разговор о преобразованиях был начат с формул (2.1). Формула (2.5) это то же, что и (2.1), только записанное в компактной матричной форме.
Преобразования (2.1) называют аффинными преобразованиями. Они обладают рядом полезных свойств, обусловивших их широкое применение в графике:
1
.
Отрезок прямой преобразуется в отрезок
прямой. Это означает следующее: если в
результате преобразований точка A0
переходит в A1,
а B0
в B1,
то и любая точка C0
на
A0B0
перейдет в точку
C1
на отрезке A1B1,
если к ней применить те же преобразования
(рис. 2.10)
2. Параллельные преобразуются в параллельные. Это означает, что если A0B0 и C0D0 параллельны, то в результате применения к ним одних и тех же преобразований новые отрезки A1B1 и C1D1 будут так же параллельны (рис. 2.11).
3
.
Относительные пропорции сохраняются.
Это означает, что если отрезок A0C0
составляет, например,
отрезка
A0B0,
то и отрезок A1C1
будет в той же пропорции к отрезку A1B1
(рис. 2.12).
4. Если преобразованию M подвергнут замкнутый выпуклый многоугольник, то
.
5. В результате последовательности аффинных преобразований получаются аффинные преобразования.
6. Любое аффинное преобразование может быть разложено (представлено как последовательность) на элементарные, ранее рассмотренные.
А
ффинные
преобразования удобны тем, что, если
геометрический объект аппроксимирован
отрезками прямых или плоскими гранями,
то для того, чтобы выполнить заданные
преобразования объекта, достаточно
выполнить эти преобразования над всеми
узловыми точками.
