第一章-仿射幾何1

高等幾何電子教案§1.1平行射影與仿射對應(yīng)一.兩直線間的平行射影與仿射對應(yīng)ABCD1.平行射影或透視仿射：若直線且,，≠≠

,點A,B,C,D……,過點A,B,C,D……作直線的平行線交于……，則可得直線到直線的一個映射。稱為平行射影或透視仿射，記為TABCD原象點：A,B,C,D……

直線a上的點平行射影的方向：直線透視仿射與方向有關(guān)，方向變了，則得到另外的透視仿射O點O為自對應(yīng)點(同一平面上兩相交直線的公共點)映象點：……直線上的點記透視仿射T：………2.仿射（或仿射變換）：仿射是透視仿射鏈或平行射影鏈表示透視仿射鏈，T表示仿射（如圖）………………仿此，每一個對應(yīng)點都可以這樣表示。注：1.仿射是有限回的平行射影組成的2.判斷仿射是否是透視仿射的方法：對應(yīng)點的聯(lián)線是否平行3.書寫的順序與平行射影的順序是相反的二.兩平面的平行射影與仿射對應(yīng)：1.平行射影：如圖點A,B,C共線a，則共線gABCal兩相交平面的交線為自對應(yīng)點的集合即對應(yīng)軸平面到平面的仿射是有限回平行射影的積組成的，是透視仿射鏈性質(zhì)：1.透視仿射保留同素性.（幾何元素保留同一種類而不改變）即點對應(yīng)點，直線對應(yīng)為直線.2.保留點與直線的結(jié)合性2仿射：§1.2仿射不變性與不變量定義1

仿射不變性與不變量：經(jīng)過一切透視仿射不變的性質(zhì)和數(shù)量仿射圖形：經(jīng)過任何仿射對應(yīng)不改變的圖形.仿射性：經(jīng)過任何仿射對應(yīng)不改變的性質(zhì).仿射量：經(jīng)過任何仿射對應(yīng)不改變的數(shù)量.定理1：兩直線間的平行性是仿射不變性.（反證法）推論平行四邊形是仿射不變的圖形.定義2簡比：設(shè)A,B,C為共線三點，這三點的簡比（ABC）定義為以下有向線段的比：當點C在線段AB上時，(ABC)<0當點C在線段AB或BA的延長線上時，當點C與點A重合時，當點C與點B重合時，當點C為線段AB的中點時，(ABC)=-1則點C稱為分點，A,B兩點稱為基點簡比(ABC)等于點C分割線段AB的分割比的相反數(shù)例1經(jīng)過點A(-3,2)和B(6,1)兩點直線被直線x+3y-6=0截于P點，求簡比（ABP）解:設(shè)(ABC)0(ABC)=0(ABC)不存在定理2共線三點的簡比是仿射不變量.定理3兩平行線段之比是仿射不變量.∴點P在直線x+3y-6=0上.ABC==要證:ABCDE證明:如圖,作DEAC,==∵簡比是仿射不變量∴定理4一直線上兩線段之比是仿射不變量.定理5在透視仿射下，任何一對對應(yīng)點到對應(yīng)軸的距離之比是一個常數(shù)gABC證明:設(shè)T為到的一個透視仿射,如圖并且則=若ABg,==g,則顯然成立.若ABg,=g,=過A,,B,分別引軸g的垂線垂足分別為由相似三角形得:定理2任意兩個三角形面積之比是仿射不變量.證明:分兩種情形特殊情形:有兩對對應(yīng)點在對應(yīng)軸g上并且重合.如圖ABCg一般情形:如圖對應(yīng)三角形的三對對應(yīng)頂點都不在對應(yīng)軸上,△ABC與對應(yīng),三對對應(yīng)邊相交于對應(yīng)軸g上.ABCgXYZ由的證明可得:推論1在仿射變換下，任何一對對應(yīng)多邊形面積之比是仿射不變量推論2在仿射變換下，任何兩條封閉凸曲線所圍成的面積之比是仿射不變量§1.3平面內(nèi)的仿射變換及其決定一.平面內(nèi)的透視仿射設(shè)為平面到平面的透視仿射，射影方向為.設(shè)為平面到平面的透視仿射，射影方向為.則gAB設(shè)T將上的點A變換為其本身上的點T將上的點B變換為其本身上的點aT將上的點變換為上的點,將上的直線a變換為上的直線,即T保留同素性和接合性.T將上的相交直線a,b變換為上的相交直線.T將上的平行直線

變換為上的平行直線.

和的交線g上的每一點經(jīng)過T不變，且T具有仿射不變性與不變量，稱T為平面到自身的透視仿射定理1平面內(nèi)的透視仿射由一對對應(yīng)軸與一對對應(yīng)點完全決定證明:設(shè)已知對應(yīng)軸g與不在其上的一對對應(yīng)點為平面上任一已知點定理2給定平面內(nèi)的兩個三角形，至多利用三回透視仿射可使一個三角形變?yōu)榱硪粋€三角形BAXg連直線AB,設(shè)與對應(yīng)軸g相交于X,連X與,則AX與是一對對應(yīng)直線過B引的平行直線,與B對應(yīng)的點就只能是這直線與的交點.∴是唯一確定的.BAgAB=ggoABC證明:把△ABC平移到使頂點A落在上,把平移看作透視仿射的特例.記為ABC∵對應(yīng)軸不存在,對應(yīng)邊互相平行再以直線為透視軸,以作為一對對應(yīng)點確定一個透視仿射.最后以為對應(yīng)軸,以作為一對對應(yīng)點確定一個透視仿射T為仿射變換定理3原象點不共線，映象點也不共線的三對對應(yīng)點決定唯一的仿射變換.若兩三角形有一對頂點重合,則利用兩回透視仿射就夠了.若兩三角形有兩對頂點重合,則利用一回透視仿射就夠了.仿射等價圖形:經(jīng)過仿射變換可以互相轉(zhuǎn)換的圖形.任意三角形是仿射等價的.證明:存在性:設(shè)是平面內(nèi)不共線的任意三點.也是不共線的任意三點.存在一個仿射變換T使在平面內(nèi)任意取一點P,設(shè)交于Q.由定理2知.QP唯一性:設(shè)存在另一個仿射,在平面內(nèi)任意取一點P,設(shè)于Q為仿射.∴保持接合性且簡比不變都在直線上.且有:∴對于平面上任意一點P,都有作業(yè):§1.4仿射變換的代數(shù)表示設(shè)有一正交笛卡兒坐標系xoy，以E為單位點（如圖）。一個仿射變換T將平面上一點P變換為一點，求P的坐標（x,y）和的坐標之間的關(guān)系。仿射變換T由三對對應(yīng)點唯一確定.設(shè)的坐標為X軸上的單位點的映象的坐標為y軸上的單位點的映象的坐標為設(shè)P在坐標軸上的正射影，且，則T將平行四邊形及分別變換為平行四邊形及.由于T保留簡比.則xyOP(x,y)或者寫為且因為三點不共線，三點不共線所以行列式不為O(1)(2)定義1把笛氏坐標系在仿射對應(yīng)下的象叫仿射坐標系，叫點的仿射坐標，記為對于斜交笛氏坐標系，仿射坐標系，上面的代數(shù)式（1），（2）都成立。例1求使點（0，0），（1，1），（1，-1）分別變?yōu)辄c（2，3）,（2，5），（3，-7）的仿射變換。將點解:分別代入仿射變換的代數(shù)表示式得:∴仿射變換式為:例2求仿射變換的不變直線。解:設(shè)