二维射影几何基本定理

变换群.

x// y //
x/ y
a2 / b2
• 则有：
•且
21
:
x //
y
//
x a1 y b1
a2 b2
1 1
:
x y
x/ y/
a1 b1
• 所以G是一个变换群
第四章变换群与几何学
一、二维射影变换的特例
1、仿射变换
定义在拓广平面上，保持无穷远直线不变的射影变换称为
射影仿射变换.
将(3.2)式化为非齐次(前二式两边分别除以第三式), 得
x' y'
a1x a2 x
b1 b2
y y
c1 c2
| A | a1 b1 0 a2 b2
称(3.3)决定的变换为仿射变换, 作用于一般仿射平面上.
第四章变换群与几何学
一、二维射影变换的特例
1、仿射变换
2、正交变换
定义3.2 在仿射变换
图形在仿射变换下的不变性质和数量
绝对形无穷远直线
因为仿射变换群是射影变换群的子群, 所以射影不变性必定也是仿射不变的. 从而仿射几何的研究内容必定包括射影几何的研究内容.
定理仿射变换保持平行性不变. 注：平行性是最基本的仿射不变性.
第四章变换群与几何学
四、几种几何学的比较
2、仿射几何学
定义设P1, P2为通常直线上的两个相异的通常点, P为该直线上任一通常点. 定义
研究内容
图形在射影仿射变换下的不变性质和数量
空间仿射平面PA
仿射几何学
主变换群仿射变换群A
研究内容
图形在仿射变换下的不变性质和数量
注：通常直接将仿射几何学作为射影几何学的子几何学.

二维射影变换及其性质

二维射影变换及其性质王玮数学科学学院06050203摘要二维射影变换是射影几何的一个重要分支,重点研究的是点和直线在射影变换下的不变性.本文着重研究了二维射影变换下二重元素的分布状况及其特征性质,从理论上解决了二维射影变换二重元素的结构问题.另外本文对二维射影变换的对合性和变换式的求法进行了探索.二维射影变换式的求法在现行的教科书中涉及较少,本文通过具体例子来说明二维射影变换式的几种求法. 关键词：二维射影变换,对合对应,特征方程,特征根,交比,矩阵引言射影几何学是几何学的一个重要分支学科，它是专门研究图形的位置关系的，也是专门用来讨论在把点投影到直线或者平面上的时候，图形的不变性质的科学。

在射影几何学中，把无穷远点看作是“理想点”。

欧式直线再加上一个无穷点就是射影几何中的直线，如果一个平面内两条直线平行，那么这两条直线就交于这两条直线共有的无穷远点。

通过同一无穷远点的所有直线平行。

在引入无穷远点和无穷远直线后，原来普通点和普通直线的结合关系依然成立，而过去只有两条直线不平行的时候才能求交点的限制就消失了。

由于经过同一个无穷远点的直线都平行，因此中心射影和平行射影两者就可以统一了。

平行射影可以看作是经过无穷远点的中心投影了。

这样凡是利用中心投影或者平行投影把一个图形映成另一个图形的映射，就都可以叫做射影变换了。

一、二维射影变换定义1.1 设,'ππ为两个点场.若:'ϕππ→满足（1）ϕ为双射；（2）ϕ使得共线点变为共线点；（3）ϕ保持四点的交比不变，则称ϕ为点场π到点场'π的一个二维射影对应。

定义 1.2 若两个平面间的一一对应满足下列条件：（1）保持点和线的结合性；（2）任何共线四点的交比等于对应四点的交比,则此一一对应叫做射影对应.定义 1.3 设在点场π和'π上咯取定了齐次射影坐标系，则下式所决定的对应()111112213322112222333311322333'',0,0.'ij x a x a x a x x a x a x a x A a x a x a x a xρρρρ=++⎧⎪=++=≠≠*⎨⎪=++⎩为点场π到'π的一个非奇异线性对应.其中()()123123,,,',','x x x x x x 为对应点的齐次坐标，A 称为这个非奇异线性对应的矩阵.如果'ππ=，且对应点的齐次坐标是关于平面上同一个取定的射影坐标系而论的，则()*为点场π上的一个非奇异线性变换.定义1.4 两个同底的点场或线场之间的射影对应称为二维射影变换. 显然二维射影变换是特殊的二维射影对应，变换式相对于射影平面上的一个取定的射影坐标系进行的，()*表示了一个点与其像点的坐标之间的关系，二维射影变换具有二维射影对应的全部性质.同时，如果我们将()(12312,,,',',x x x x x)3'x 看成同一个点在平面上不同的射影坐标系下的坐标，则()*式即为射影坐标变换式，于是，射影坐标变换也可以视为射影变换. 二、二维射影变换式的求法二维射影变换式的求法在现行的射影几何教科书中涉及较少.本节通过具体例子说明二维射影变换式的求法.定理 2.1在一平面内无三点共线的四点(1,2,3,4)i P i =与另一平面内无三点共线的四点'(1,2,3,4)i P i =唯一确定一个射影对应,使()'1,2,3,4i i P P i →= 定理 2.2设平面π上无三点共线()()()112321233123,,,,,,,,,P a a a P b b b P c c c()4123,,P d d d 和另外无三点共线的四点()()11232123'',',','',',',P a a a P b b b()()31234123'',',','',','P c c c P d d d 成射影对应,则存在而且只有一个射影对应ϕ,使得()()112233''1,2,3,4,','i i x x p p i x A x A x x ϕϕρδ⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭其中：112131122232132333''''''''''''''''''a b c a b c a b c λλλλλλλλλ⎛⎫⎪ ⎪ ⎪⎝⎭1112131112223241122334132333112233,,'(1,2,3),''''''',i i a b c a b c BC i p p p p p a b c p p p λλλλλλδλλλλλλλλλλλδ--⎛⎫⎪===++= ⎪ ⎪⎝⎭++由确定，为一定常数.定理 2.3设共线四点的坐标为 ()()()112321233123,,,,,,,,,p a a a p b b b p c c c()4123,,,p d d d 则其交比为()412311112222,.11112222c ad b c a d b p p p p c b d a c b d a =定理2.4设射影标架{}123;A A A E =∑下（如图1）,任一点()123,,P x x x 在射影变换ϕ下的像点为()1123'',',',P x x x 则有()()131********:,'',''':x x A A E P A A E P x ===()()3232311231123',:,'',''':'x x x A A E P A A E P x x ===图 1A 1A A 3A'2A'3A'121. 举例（没有1哪来2 啊）下面举例说明二维射影变换式的求法.例 2.1 求射影变换,使点()()()()12341,0,1,0,1,1,1,1,1,0,0,1P P P P 分别变换点()()()()1234'1,0,0,'0,1,0,'0,0,1,'1,1,1.P P P P解法1：把射影变换式设出,利用点之间的对应关系求出(),1,2,3ij a i j =之间的关系,进而求出射影变换式. 设所求的射影变换式为：111112213322112222333311322333'',0,0.'ij x a x a x a x x a x a x a x A a x a x a x a xρρρρ=++⎧⎪=++=≠≠⎨⎪=++⎩由()()()()()()()()1,0,11,0,0,0,1,10,1,0,1,1,10,0,1,0,0,11,1,1→→→→得()()()()111131************2123222232122234233133323333132334330010;2;30;400a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a aρρρρρρ=+=+=++=⎧⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎪=+=+=++=⎨⎨⎨⎨⎪⎪⎪⎪=+=+=++=⎩⎩⎩⎩ 由（1）、（2）、（3）、（4）解得112213233341232213140;;.a a a a a a a a a ρρ=========- 故所求射影变换式为：142431232414321334142433123''','''x x x x x x x x x x x x x x x x x x x xρρρσρρρσρρρρσ=-+=-+⎧⎧⎪⎪=-+=-+⎨⎨⎪⎪=--+=--+⎩⎩即，01110110111--=≠--其中解法2：利用矩阵方法求射影变换式因为4123P P P P =+- ，即12311 1.λλλ===-，， 4123'''',P P P P =++ 即1'1λ=，23'1,' 1.λλ==从而100101010;011,001111B C -⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪==- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭则1011101111C --⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪--⎝⎭所以1A BC δ-==011101111-⎛⎫⎪- ⎪ ⎪--⎝⎭,其中1δ=.即所求的射影变换式为：1232133123'''x x x x x x x x x x ρρρ=-+⎧⎪=-+⎨⎪=--+⎩，其中01110110111--=≠--其中. 解法3：利用交比求变换式设射影变化将动点()123,,X x x x 变换为点()123'',','X x x x ,如图2所示图 2P 2P 3P 1直线13224,,PP P X P P 的线坐标分别为()()()3211,0,1,,,1,0,0x x x --.2P X与13P P 的交点E ,坐标为()11231,,x x x x x +-.2413P P PP 与的交点F ,坐标为（0,1,0）.根据定理 3有 ()2123131123101110,011110x x x x PP EF x x x x +-=+-.23123x x x x x -+=--+.直线23141,,P P PP P X 的线坐标分别为()()()21320,1,1,0,1,0,,,x x x x ---+-123P X P P 与的交点H ,坐标为()12322,,x x x x x --+--.()123132312312321010121,110011x x x x x x P P GH x x x x x x x ---+--+===---+--+- 由定理3.4得()()12132333'',;,''x x PP FE P P GH x x == 故所求射影变换式为1232133123'''x x x x x x x x x x ρρρ=-+⎧⎪=-+⎨⎪=--+⎩，其中01110110111--=≠--其中.三、二维射影变换的二重元素定义3.1：二维射影变换的二重元素,就是指经过二维射影变换后不变的元素. 二维射影变换()111112213322112222333311322333'',0,0.1'ij x a x a x a x x a x a x a x A a x a x a x a xρρρρ=++⎧⎪=++=≠≠⎨⎪=++⎩存在二重元素的条件是它的特征方程()11121321222331323302a a a a a a a a a μμμ--=-存在.将方程（2）的特征根代入二重点方程组()()()()1111221332112222333113223330030a x a x a x a x a x a x a x a x a x μμμ-++=⎧⎪+-+=⎨⎪++-=⎩可求的二重点的坐标或二重点列的方程. 将特征方程（2）的根代入二重直线方程组()()()()1112123131212223231312323330040a t u a u a u a u a t u a u a u a u a t u -++=⎧⎪+-+=⎨⎪++-=⎩可求的二重直线的坐标或二重线束的方程. 二维射影变换的二重元素与特征根的关系特征方程（2）是一个关于u 的三次方程,它的三个根的情况有三种可能：三个单根或一个单根与一个二重根或一个三重根,二重元素的个数与根的情况直接相关. 判断与某一特征根所对应的是二重根（二重直线）还是二重点列（二重线束）,只要将特征根代入特征方程（2）的系数矩阵D 来决定.111213212223313233(5)a a a D a a a a a a μμμ-=--（1）当系数矩阵的秩等于2,则可得一个二重点(二重直线). （2）当系数矩阵的秩等于1,则可得一个二重点列(二重直线束). 3.1特征根为三个根的情况当特征方程（2）有三个单根时,对于每个特征根,由方程组（3）可求出与之对应的一个二重点,则有三个不同的二重点,设为p 1, p 2, p 3;对偶地,由二重直线方程组（4）可求的三条二重直线,设为l 1, l 2, l 3.这三个二重点与三条二重直线之间有如下关系：由p 1, p 2为二重点,则直线p 1 p 2 必是一条二重直线（过两点的直线惟一确定）,故经过射影变换后直线p 1 p 2的对应仍是直线p 1 p 2 . 同理： p 3 p 2 、 p 3 p 1也是二重直线.因此,把特征根代入二重直线方程（4）中求出的三条直线l 1, l 2, l 3就是直线p 1 p 2、 p 3 p 2、 p 3 p 1.这样,当求出三个二重点p 1, p 2, p 3后,除了可以通过二重直线方程组（4）求二重直线,还可以用两点坐标之向量外积p 1× p 2、 p 3× p 2、 p 1× p 3求二重直线的坐标. 例3.1 求射影变换1122123123'4'63'x x x x x x x x x xρρρ=-⎧⎪=-⎨⎪=--⎩的二重元素. 解：由特征方程123410630,13 2.111μμμμμμ----=-==----=0得特征根:，，分别把特征根代入二重点方程()()()()()()121212340630001110165.10x x x x x x x μμμ--=⎧⎪-+=⎨⎪--+=⎩,得二重点坐标分别为，，，，，，把特征根分别代入二重直线方程组()()()[][][]123123346030110555610.10u u u u u u u μμμ-++=⎧⎪--+-=---⎨⎪-+=⎩,得二重直线坐标分别为，，，，，，这三条直线与三个二重点两两向量外积所得的直线相同()()[]()()[]()()[]001110110110165555165001610⨯=-⨯=-⨯=-，，，，，，，，，，，，，，，，，，，， 3.2特征根为一个单根及一个二重根的情况当特征方程（2）有一个单根及一个二重根时,对应于单根的必是一个二重点（二重直线）,但对于二重根却有两种情况：可能得到一个二重点（二重直线）或可能得到一个二重点列（二重线束）,这由系数矩阵（5）的秩来决定. 3.2.1系数矩阵的秩为2如果对应于单根的一二重点p 1,对应于二重根（系数矩阵（5）的秩为2）得另一二重点p 2,这时点p 1, p 2的连线必是两条二重直线l 1, l 2中的一条,而另一条二重直线也比过这两二重点中的某一点.对偶地,两条二重直线l 1, l 2的交点一定是p 1, p 2中的某一点,而且另一点也必定在此二直线中的一条上.因此只要把特征根代入求二重点和二重直线的方程组（3）,（4）中,就可以得到二重点和二重直线. 例 3.2.1 求射影变换11222323'26'2'3x x x x x x x xρρρ=+⎧⎪=⎨⎪=-+⎩的二重元素. 解：由特征方程123260020,32013μμμμμμ--===--=0得特征根:，（二重根）对应于µ1=3的一个二重点p 1,把µ2=µ3=2代入系数矩阵（5）得秩等于2,也得一个二重点p 2.对偶地,对应于这两个根有两条二重直线. 把µ1=3和µ2=µ3=2代入二重点方程组()()()()()1221223260200,0,1,1,0,0.30x x x p p x x μμμ-+=⎧⎪-=⎨⎪-+-=⎩,得二重点分别为把µ1=3,µ2=µ3=2代入二重直线方程组()()()[][]112312320620,0,1,1,0,1,0.30l l μμμμμμμμ-=⎧⎪+--=-⎨⎪-=⎩得二重直线由此看到,p 1, p 2连线就是l 2,而直线l 2经过p 2,即l 1, l 2相交于p 2,而p 1在直线l 2上. 3.2.2系数矩阵的秩为1如果对应单根得一二重点p 1（二重直线l 1）,对应于二重根（系数矩阵的秩为1）得一二重点列l （二重线束o ）.这时二重直线l 1就是二重点列的底,而二重点就是二重线束束心o ,即l 1=l ,p 1=o ,因为二重点列上的点都是二重点,它们的底直线l 在射影变换中不会改变,从而成为二重直线.对偶地,二重线束束心o 在射影变换中不变,成为二重点.由此可知,在这种情况下,只要把特征方程（2）的根代入方程组（3）,就可以求出二重点与二重点列,则二重线束束心与二重直线也就得到了. 例3.2.2求射影变换11223223'''22x x x x x x x xρρρ=⎧⎪=⎨⎪=--+⎩的二重元素. 解：由特征方程123100010,2(1122μμμμμμ--===---=0得特征根单根），（二重根）对应于单根µ1=2得一二重点,对于二重根µ2=µ3=1,代入系数矩阵（5）, 其秩等于1,故得以二重点列. 把µ1=2,µ2=µ3=1代入二重点方程组()()()1211231231010(0,0,1)20.220x x p x x x x x x μμμ-=⎧⎪-=+-=⎨⎪--+-=⎩,得二重点列二重点列方程这时,在已知射影变换下,二重直线方程坐标是[1,2,-1],而二重直线方程的束心方程是：µ3=03.3特征根为三重根的情况当特征方程（2）的根式三重根时,对应于这个三重根也有两种可能：可能得到一个二重点（二重直线）,也可能得到一个二重点列（二重线束）.此时仍可用系数矩阵（5）的秩来判定. 3.3.1系数矩阵的秩为1如果把特征根代入系数矩阵（5）,得秩等于1,则对应于特征根有一个二重点列（二重线束）.这时二重线束的束心就在二重点列上.因此可通过二重点（二重直线）方程组得到二重点列（二重线束）. 例 3.3.1求射影变换11232233'2''x x x x x x x xρρρ=++⎧⎪=⎨⎪=⎩的二重元素. 解：由特征方程1120010,1(001μμμμ--=-=0得特征根三重根）把µ1=1代入系数矩阵（5）得秩等1,把µ1=1代入二重点方程组()()()123223312010010x x x x x x x μμμ-++=⎧⎪-=+=⎨⎪-=⎩,得二重点列2 将µ1=1代入二重直线方程组()()()()11212313102100.1002010u u u u x x u u μμμ-=⎧⎪+-==+=⎨⎪+-=⎩,得二重线束的束心方程其中束心，，在点列上.3.3.2系数矩阵的秩为2如果把特征根代入系数矩阵（5）的秩等于2,这时二维射影变换（1）只有一个二重点及一条二重直线,二重点与二重直线之间具有结合关系.此时可通过求二重点（二重直线）方程组得到二重点（二重直线）的坐标. 例 3.3.2求射影变换11222333'''x x x x x x x xρρρ=+⎧⎪=+⎨⎪=⎩的二重元素。

射影几何学

射影几何学射影几何是研究图形的射影性质，即它们经过射影变换后，依然保持不变的图形性质的几何学分支学科。

一度也叫做投影几何学，在经典几何学中，射影几何处于一种特殊的地位，通过它可以把其他一些几何学联系起来。

发展简况十七世纪，当笛卡儿和费尔马创立的解析几何问世的时候，还有一门几何学同时出现在人们的面前。

这门几何学和画图有很密切的关系，它的某些概念早在古希腊时期就曾经引起一些学者的注意，欧洲文艺复兴时期透视学的兴起，给这门几何学的产生和成长准备了充分的条件。

这门几何学就是射影几何学。

基于绘图学和建筑学的需要，古希腊几何学家就开始研究透视法，也就是投影和截影。

早在公元前200年左右，阿波罗尼奥斯就曾把二次曲线作为正圆锥面的截线来研究。

在4世纪帕普斯的著作中，出现了帕普斯定理。

在文艺复兴时期，人们在绘画和建筑艺术方面非常注意和大力研究如何在平面上表现实物的图形。

那时候，人们发现，一个画家要把一个事物画在一块画布上就好比是用自己的眼睛当作投影中心，把实物的影子影射到画布上去，然后再描绘出来。

在这个过程中，被描绘下来的像中的各个元素的相对大小和位置关系，有的变化了，有的却保持不变。

这样就促使了数学家对图形在中心投影下的性质进行研究，因而就逐渐产生了许多过去没有的新的概念和理论，形成了射影几何这门学科。

射影几何真正成为独立的学科、成为几何学的一个重要分支，主要是在十七世纪。

在17世纪初期，开普勒最早引进了无穷远点概念。

稍后，为这门学科建立而做出了重要贡献的是两位法国数学家——笛沙格和帕斯卡。

笛沙格是一个自学成才的数学家，他年轻的时候当过陆军军官，后来钻研工程技术，成了一名工程师和建筑师，他很不赞成为理论而搞理论，决心用新的方法来证明圆锥曲线的定理。

1639年，他出版了主要著作《试论圆锥曲线和平面的相交所得结果的初稿》，书中他引入了许多几何学的新概念。

他的朋友笛卡尔、帕斯卡、费尔马都很推崇他的著作，费尔马甚至认为他是圆锥曲线理论的真正奠基人。

射影定理数学

射影定理数学全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：射影定理是数学中一个非常重要的定理，它涉及到向量空间的一个关键概念——射影。

射影定理给出了一个向量在子空间上的投影，使得投影向量和原向量之间的误差最小。

让我们来回顾一下向量空间和子空间的概念。

向量空间是由一组向量组成的集合，满足一定的代数运算规则，比如加法和数乘。

子空间是向量空间的一个子集，同时也是一个向量空间。

二维平面上的一条直线就是一个子空间。

在实际问题中，我们常常需要将一个向量投影到一个子空间上。

这样做的一个重要原因是，子空间可能是我们能处理的一个更简单的空间，或者是一个我们感兴趣的具体问题所在的空间。

射影定理就是给出了如何在子空间上进行向量投影的方法。

射影定理的表述如下：设W是n维向量空间V的一个子空间，对于任意一个向量v\in V，存在唯一的向量w\in W，使得v和w之间的误差向量(v-w)与W中的任意向量u\in W垂直。

也就是说，v-w与u 的内积等于零。

利用这个性质，我们可以给出向量v在子空间W上的投影P(v)。

投影P(v)定义为与v最接近的W中的向量，使得误差向量(v-P(v))与W中的任意向量垂直。

我们也可以通过计算投影矩阵P来求得投影向量P(v)，投影矩阵P满足P^2 = P且Pv = P(v)。

射影定理的一个重要应用是在最小二乘问题中的使用。

在最小二乘问题中，我们希望找到一个向量x，使得Ax尽可能接近b，其中A是一个矩阵，b是一个向量。

将最小二乘问题表示为A\hat{x} = P(b)，其中\hat{x}是问题的解，P(b)是b在A的列空间上的投影。

通过射影定理，我们可以得到最小二乘问题的一个解析解。

这个解析解可以帮助我们更快地求解最小二乘问题，避免了需要迭代计算的过程。

射影定理还有很多其他应用，比如图像处理中的特征提取、数据挖掘中的维数约简等。

通过射影定理，我们可以更好地理解向量空间中的投影问题，从而应用到各种实际问题中。

解析中学数学投影几何的八个核心知识点

解析中学数学投影几何的八个核心知识点投影几何作为中学数学的一个重要分支，研究的是实体在投影变换中的几何性质和规律。

它不仅具有理论深度，而且在实际应用中也有着广泛的应用价值。

本文将对中学数学投影几何的八个核心知识点进行解析，帮助读者全面理解和掌握该领域的知识。

1. 二维坐标系中的点的投影：在二维坐标系中，我们常常需要计算一个点在直线或平面上的投影。

对于直线的投影，我们可以利用两点式或截距式求出点的投影坐标。

而对于平面的投影，常用的方法有向量法和直角坐标法。

掌握这些方法，可以帮助我们更好地理解和计算点在投影几何中的位置。

2. 三维坐标系中的点的投影：在三维坐标系中，点的投影与二维情况类似，但需要注意的是投影方向的选择和计算方式的变化。

一般情况下，我们可以通过点到平面的距离来计算点的投影坐标。

同时，对于点在三维空间中的位置，我们还可以利用向量的内积和外积来求解。

这些方法的灵活运用，使得我们能够准确地确定点在三维空间中的位置。

3. 直线在平面上的投影：直线在平面上的投影是投影几何中的一个重要问题，也是理解和应用投影几何的基础。

在求解直线在平面上的投影过程中，我们需要选取合适的平行投影方向，并利用点与平面的关系来确定直线在平面上的位置和形状。

通过对直线在平面上的投影问题的分析和解答，我们可以更好地理解和应用直线在投影几何中的性质。

4. 平面与平面之间的投影：在投影几何中，我们常常需要研究平面与平面之间的关系和性质。

平面与平面之间的投影问题是投影几何中的重要研究内容之一。

在求解平面与平面之间的投影问题时，我们可以利用平行投影或交叉投影的方法，根据平面的位置、方向和距离来确定其投影。

通过对平面与平面之间投影问题的学习，我们能够更好地理解和应用平面的性质和规律。

5. 空间中直线与平面的投影：空间中直线与平面的投影问题是投影几何中的难点之一，也是应用最为广泛的问题之一。

在解决空间中直线与平面的投影问题时，我们需要考虑直线的方向和位置，并运用直线与平面的交点、距离和夹角等性质进行计算。

射影定理的原理和应用

射影定理的原理和应用1. 射影定理的原理射影定理是在线性代数中常用的一条重要定理，它描述了向量空间中的向量通过投影运算能够分解为两个互相垂直的向量的和。

1.1 向量空间和内积空间在介绍射影定理之前，我们先来了解一下向量空间和内积空间的概念。

•向量空间是指具有加法和数乘运算的集合，满足一些基本的性质，如封闭性、结合律、分配律等。

在向量空间中，我们可以定义向量的加法和数乘运算。

•内积空间是在向量空间的基础上引入了内积的概念。

内积是一个函数，它将两个向量映射为一个标量，满足一些基本的性质，如对称性、线性性、正定性等。

1.2 射影定理的表述射影定理的表述如下：在内积空间中，对于任意一个向量b和一个子空间M，存在唯一的向量a ∈ M，使得向量b与M中的任意向量m的差向量都垂直。

即，有b - a ∈ M⊥其中，M⊥表示M的正交补空间。

1.3 射影向量的计算为了计算向量b在子空间M上的射影向量a，我们可以使用射影公式进行计算。

射影公式如下：a = Pm(b) = (mb * m) / (m * m) * m其中，Pm(b)表示向量b在子空间M上的射影向量，mb表示向量b在子空间M上的投影向量，m表示子空间M的一组基。

2. 射影定理的应用射影定理在实际问题中有着广泛的应用，例如在图像处理、信号处理、机器学习等领域。

2.1 图像处理中的应用在图像处理中，我们常常需要对图像进行降噪处理。

射影定理可以帮助我们去除图像中的噪声，并恢复出清晰的图像。

具体地，我们可以将图像看作是向量空间中的向量，其中每个像素点对应一个维度。

通过将图像向量投影到一个合适的子空间上，可以得到图像在该子空间上的射影向量，从而滤除图像中的噪声。

2.2 信号处理中的应用在信号处理中，射影定理可以用于信号压缩和信号恢复的问题。

例如，在无线通信中，由于带宽受限，需要对信号进行压缩以减少传输的数据量。

通过将信号投影到一个合适的子空间上，并保留最重要的部分信息，可以实现信号的压缩。

数学射影定理公式

数学射影定理公式
数学射影定理是线性代数中重要的定理之一，它描述的是向量空间中的一个子空间与其补空间的射影关系。

具体而言，若向量空间V 是有限维的，U是V的一个子空间，则V可分解为U和U的补空间W 的直和，即V=U⊕W。

此时，对于任意一个向量v∈V，都可以唯一地表示为v=u+w，其中u∈U，w∈W，称为v关于子空间U的射影。

射影定理告诉我们，对于任意一个向量v∈V，其射影u可以通过一个线性变换P来求得，即u=Pv，这个线性变换P被称为关于子空间U的射影算符。

此外，射影算符还具有多个重要的性质，如幂等性、对称性等。

射影定理公式的表述形式有多种，其中最常见的是用矩阵形式表示。

设V是n维向量空间，U是它的一个k维子空间，且V的一组基为{e1,e2,…,en}，其中前k个向量为U的一组基，则U的射影算符P可以表示成以下矩阵形式：
P=[I(k) 0] [A B]
[0 0] [C D]
其中，I(k)是k阶单位矩阵，0是相应维数的零矩阵，矩阵A和D是分别表示U和U的补空间W的投影矩阵，即A是k×k矩阵，D是(n-k)×(n-k)矩阵，它们的定义分别为：
A=e1e1'+e2e2'++ekek'
D=en+1en+1'+en+2en+2'++enn'
其中，ei表示V的基向量中的第i个向量，ei'表示其转置，即
列向量。

此外，射影算符还可以表示成其他形式，如矩阵的伴随、Gram-Schmidt正交化等形式，它们在不同的领域和应用中具有重要的作用。

射影定理的公式

射影定理的公式
射影定理是数学中的一个基本定理，它描述了向量空间中一个向量在另一个向量的投影。

射影定理的公式可以通过向量的内积和向量的长度来表示。

设有向量空间V和其中的两个向量u和v。

射影定理表明，向量u在向量v上的投影可以通过以下公式计算：
proj_v(u) = (u · v) / (||v||^2) * v
其中proj_v(u)是向量u在向量v上的投影，·表示向量的内积，||v||表示向量v的长度。

这个公式的含义是，首先计算向量u与向量v的内积，然后除以向量v的长度的平方，最后再乘以向量v。

这样得到的结果就是向量u在向量v上的投影。

射影定理的公式可以用来解决多种问题，例如计算一个向量在另一个向量上的投影，或者判断两个向量是否正交（即它们的投影为零向量）等。

除了射影定理的公式，还有其他与射影相关的公式，例如向量的正交
补空间的性质等。

射影定理在线性代数和几何学中有广泛的应用，是学习这些领域的基础知识之一。

总结起来，射影定理的公式是一个简单而重要的公式，它描述了向量的投影，可以通过向量的内积和向量的长度来计算。

了解并掌握这个公式可以帮助我们更好地理解向量空间和向量投影的概念，为解决相关问题提供了有力的工具。

位置几何──射影几何学

位置几何──射影几何学射影几何是研究图形的射影性质，即它们经过射影变换后，依然保持不变的图形性质的几何学分支学科。

一度也叫做投影几何学，在经典几何学中，射影几何处于一种特殊的地位，通过它可以把其他一些几何学联系起来。

射影几何的发展简况十七世纪，当笛卡儿和费尔马创立的解析几何问世的时候，还有一门几何学同时出现在人们的面前。

这门几何学和画图有很密切的关系，它的某些概念早在古希腊时期就曾经引起一些学者的注意，欧洲文艺复兴时期透视学的兴起，给这门几何学的产生和成长准备了充分的条件。

这门几何学就是射影几何学。

基于绘图学和建筑学的需要，古希腊几何学家就开始研究透视法，也就是投影和截影。

早在公元前200年左右，阿波罗尼奥斯就曾把二次曲线作为正圆锥面的截线来研究。

在4世纪帕普斯的著作中，出现了帕普斯定理。

在文艺复兴时期，人们在绘画和建筑艺术方面非常注意和大力研究如何在平面上表现实物的图形。

那时候，人们发现，一个画家要把一个事物画在一块画布上就好比是用自己的眼睛当作投影中心，把实物的影子影射到画布上去，然后再描绘出来。

在这个过程中，被描绘下来的像中的各个元素的相对大小和位置关系，有的变化了，有的却保持不变。

这样就促使了数学家对图形在中心投影下的性质进行研究，因而就逐渐产生了许多过去没有的新的概念和理论，形成了射影几何这门学科。

射影几何真正成为独立的学科、成为几何学的一个重要分支，主要是在十七世纪。

在17世纪初期，开普勒最早引进了无穷远点概念。

稍后，为这门学科建立而做出了重要贡献的是两位法国数学家──笛沙格和帕斯卡。

笛沙格是一个自学成才的数学家，他年轻的时候当过陆军军官，后来钻研工程技术，成了一名工程师和建筑师，他很不赞成为理论而搞理论，决心用新的方法来证明圆锥曲线的定理。

1639年，他出版了主要著作《试论圆锥曲线和平面的相交所得结果的初稿》，书中他引入了许多几何学的新概念。

他的朋友笛卡尔、帕斯卡、费尔马都很推崇他的著作，费尔马甚至认为他是圆锥曲线理论的真正奠基人。

射影几何三大入门定理

射影几何三大入门定理1. 定理一：射影平面的基本性质射影几何是研究投影关系的一门数学分支，它研究的对象是射影空间和射影平面。

在射影几何中，有三个重要的入门定理，这些定理对于理解和应用射影几何具有重要意义。

首先，我们来讨论第一个定理：射影平面的基本性质。

1.1 射影平面的定义在介绍定理之前，我们需要先了解什么是射影平面。

射影平面是指一个由点和直线构成的集合，满足以下条件：•任意两条直线有且只有一个交点；•任意两个不同的点确定一条直线。

1.2 定理一的表述定理一指出，在射影平面中，存在以下基本性质：•任意两个不同的直线交于唯一一点；•任意两个不同的点确定唯一一条直线。

1.3 定理一的证明第一个性质：任意两个不同的直线交于唯一一点假设在射影平面中存在两个不同的直线L1和L2，在L1上取两个不同的点A和B，在L2上取两个不同的点C和D。

我们需要证明线段AB和CD的交点是唯一的。

根据射影平面的定义，任意两个不同的点确定唯一一条直线，所以线段AB确定了一条直线L3，线段CD也确定了一条直线L4。

由于L3和L4都与L1和L2相交，所以它们一定有一个公共交点P。

假设还存在另一个不同于P的交点Q，那么根据射影平面的定义，线段PQ也应该与直线L1相交。

但是根据前面的假设，A、B、C、D四个点在射影平面中是不共面的，所以直线PQ与直线L1没有交点。

这与假设矛盾，因此我们得出结论：任意两个不同的直线在射影平面中交于唯一一点。

第二个性质：任意两个不同的点确定唯一一条直线假设在射影平面中存在两个不同的点A和B，在A上取两条不同的直线L1和L2，在B上取两条不同的直线L3和L4。

我们需要证明直线AB和CD（其中C为L1与L3的交点，D为L2与L4的交点）是唯一相交的。

根据射影平面的定义，任意两条直线有且只有一个交点，所以线段AB与L1和L2分别有唯一的交点C和D。

假设还存在另一条直线EF与A、B两点相交，并且E和F分别是直线EF与L1和L2的交点。

二维射影变换及其性质

二维射影变换及其性质王玮数学科学学院06050203摘要二维射影变换是射影几何的一个重要分支,重点研究的是点和直线在射影变换下的不变性.本文着重研究了二维射影变换下二重元素的分布状况及其特征性质,从理论上解决了二维射影变换二重元素的结构问题.另外本文对二维射影变换的对合性和变换式的求法进行了探索.二维射影变换式的求法在现行的教科书中涉及较少,本文通过具体例子来说明二维射影变换式的几种求法. 关键词：二维射影变换,对合对应,特征方程,特征根,交比,矩阵引言射影几何学是几何学的一个重要分支学科，它是专门研究图形的位置关系的，也是专门用来讨论在把点投影到直线或者平面上的时候，图形的不变性质的科学。

在射影几何学中，把无穷远点看作是“理想点”。

欧式直线再加上一个无穷点就是射影几何中的直线，如果一个平面内两条直线平行，那么这两条直线就交于这两条直线共有的无穷远点。

通过同一无穷远点的所有直线平行。

在引入无穷远点和无穷远直线后，原来普通点和普通直线的结合关系依然成立，而过去只有两条直线不平行的时候才能求交点的限制就消失了。

由于经过同一个无穷远点的直线都平行，因此中心射影和平行射影两者就可以统一了。

平行射影可以看作是经过无穷远点的中心投影了。

这样凡是利用中心投影或者平行投影把一个图形映成另一个图形的映射，就都可以叫做射影变换了。

一、二维射影变换定义1.1 设,'ππ为两个点场.若:'ϕππ→满足（1）ϕ为双射；（2）ϕ使得共线点变为共线点；（3）ϕ保持四点的交比不变，则称ϕ为点场π到点场'π的一个二维射影对应。

定义 1.2 若两个平面间的一一对应满足下列条件：（1）保持点和线的结合性；（2）任何共线四点的交比等于对应四点的交比,则此一一对应叫做射影对应.定义 1.3 设在点场π和'π上咯取定了齐次射影坐标系，则下式所决定的对应()111112213322112222333311322333'',0,0.'ij x a x a x a x x a x a x a x A a x a x a x a xρρρρ=++⎧⎪=++=≠≠*⎨⎪=++⎩为点场π到'π的一个非奇异线性对应.其中()()123123,,,',','x x x x x x 为对应点的齐次坐标，A 称为这个非奇异线性对应的矩阵.如果'ππ=，且对应点的齐次坐标是关于平面上同一个取定的射影坐标系而论的，则()*为点场π上的一个非奇异线性变换.定义1.4 两个同底的点场或线场之间的射影对应称为二维射影变换. 显然二维射影变换是特殊的二维射影对应，变换式相对于射影平面上的一个取定的射影坐标系进行的，()*表示了一个点与其像点的坐标之间的关系，二维射影变换具有二维射影对应的全部性质.同时，如果我们将()(12312,,,',',x x x x x)3'x 看成同一个点在平面上不同的射影坐标系下的坐标，则()*式即为射影坐标变换式，于是，射影坐标变换也可以视为射影变换. 二、二维射影变换式的求法二维射影变换式的求法在现行的射影几何教科书中涉及较少.本节通过具体例子说明二维射影变换式的求法.定理 2.1在一平面内无三点共线的四点(1,2,3,4)i P i =与另一平面内无三点共线的四点'(1,2,3,4)i P i =唯一确定一个射影对应,使()'1,2,3,4i i P P i →= 定理 2.2设平面π上无三点共线()()()112321233123,,,,,,,,,P a a a P b b b P c c c()4123,,P d d d 和另外无三点共线的四点()()11232123'',',','',',',P a a a P b b b()()31234123'',',','',','P c c c P d d d 成射影对应,则存在而且只有一个射影对应ϕ,使得()()112233''1,2,3,4,','i i x x p p i x A x A x x ϕϕρδ⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭其中：112131122232132333''''''''''''''''''a b c a b c a b c λλλλλλλλλ⎛⎫⎪ ⎪ ⎪⎝⎭1112131112223241122334132333112233,,'(1,2,3),''''''',i i a b c a b c BC i p p p p p a b c p p p λλλλλλδλλλλλλλλλλλδ--⎛⎫⎪===++= ⎪ ⎪⎝⎭++由确定，为一定常数.定理 2.3设共线四点的坐标为 ()()()112321233123,,,,,,,,,p a a a p b b b p c c c()4123,,,p d d d 则其交比为()412311112222,.11112222c ad b c a d b p p p p c b d a c b d a =定理2.4设射影标架{}123;A A A E =∑下（如图1）,任一点()123,,P x x x 在射影变换ϕ下的像点为()1123'',',',P x x x 则有()()131********:,'',''':x x A A E P A A E P x ===()()3232311231123',:,'',''':'x x x A A E P A A E P x x ===图 1A 1A A 3A'2A'3A'121. 举例（没有1哪来2 啊）下面举例说明二维射影变换式的求法.例 2.1 求射影变换,使点()()()()12341,0,1,0,1,1,1,1,1,0,0,1P P P P 分别变换点()()()()1234'1,0,0,'0,1,0,'0,0,1,'1,1,1.P P P P解法1：把射影变换式设出,利用点之间的对应关系求出(),1,2,3ij a i j =之间的关系,进而求出射影变换式. 设所求的射影变换式为：111112213322112222333311322333'',0,0.'ij x a x a x a x x a x a x a x A a x a x a x a xρρρρ=++⎧⎪=++=≠≠⎨⎪=++⎩由()()()()()()()()1,0,11,0,0,0,1,10,1,0,1,1,10,0,1,0,0,11,1,1→→→→得()()()()111131************2123222232122234233133323333132334330010;2;30;400a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a aρρρρρρ=+=+=++=⎧⎧⎧⎧⎪⎪⎪⎪=+=+=++=⎨⎨⎨⎨⎪⎪⎪⎪=+=+=++=⎩⎩⎩⎩ 由（1）、（2）、（3）、（4）解得112213233341232213140;;.a a a a a a a a a ρρ=========- 故所求射影变换式为：142431232414321334142433123''','''x x x x x x x x x x x x x x x x x x x xρρρσρρρσρρρρσ=-+=-+⎧⎧⎪⎪=-+=-+⎨⎨⎪⎪=--+=--+⎩⎩即，01110110111--=≠--其中解法2：利用矩阵方法求射影变换式因为4123P P P P =+- ，即12311 1.λλλ===-，， 4123'''',P P P P =++ 即1'1λ=，23'1,' 1.λλ==从而100101010;011,001111B C -⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪==- ⎪ ⎪ ⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭则1011101111C --⎛⎫ ⎪=- ⎪ ⎪--⎝⎭所以1A BC δ-==011101111-⎛⎫⎪- ⎪ ⎪--⎝⎭,其中1δ=.即所求的射影变换式为：1232133123'''x x x x x x x x x x ρρρ=-+⎧⎪=-+⎨⎪=--+⎩，其中01110110111--=≠--其中. 解法3：利用交比求变换式设射影变化将动点()123,,X x x x 变换为点()123'',','X x x x ,如图2所示图 2P 2P 3P 1直线13224,,PP P X P P 的线坐标分别为()()()3211,0,1,,,1,0,0x x x --.2P X与13P P 的交点E ,坐标为()11231,,x x x x x +-.2413P P PP 与的交点F ,坐标为（0,1,0）.根据定理 3有 ()2123131123101110,011110x x x x PP EF x x x x +-=+-.23123x x x x x -+=--+.直线23141,,P P PP P X 的线坐标分别为()()()21320,1,1,0,1,0,,,x x x x ---+-123P X P P 与的交点H ,坐标为()12322,,x x x x x --+--.()123132312312321010121,110011x x x x x x P P GH x x x x x x x ---+--+===---+--+- 由定理3.4得()()12132333'',;,''x x PP FE P P GH x x == 故所求射影变换式为1232133123'''x x x x x x x x x x ρρρ=-+⎧⎪=-+⎨⎪=--+⎩，其中01110110111--=≠--其中.三、二维射影变换的二重元素定义3.1：二维射影变换的二重元素,就是指经过二维射影变换后不变的元素. 二维射影变换()111112213322112222333311322333'',0,0.1'ij x a x a x a x x a x a x a x A a x a x a x a xρρρρ=++⎧⎪=++=≠≠⎨⎪=++⎩存在二重元素的条件是它的特征方程()11121321222331323302a a a a a a a a a μμμ--=-存在.将方程（2）的特征根代入二重点方程组()()()()1111221332112222333113223330030a x a x a x a x a x a x a x a x a x μμμ-++=⎧⎪+-+=⎨⎪++-=⎩可求的二重点的坐标或二重点列的方程. 将特征方程（2）的根代入二重直线方程组()()()()1112123131212223231312323330040a t u a u a u a u a t u a u a u a u a t u -++=⎧⎪+-+=⎨⎪++-=⎩可求的二重直线的坐标或二重线束的方程. 二维射影变换的二重元素与特征根的关系特征方程（2）是一个关于u 的三次方程,它的三个根的情况有三种可能：三个单根或一个单根与一个二重根或一个三重根,二重元素的个数与根的情况直接相关. 判断与某一特征根所对应的是二重根（二重直线）还是二重点列（二重线束）,只要将特征根代入特征方程（2）的系数矩阵D 来决定.111213212223313233(5)a a a D a a a a a a μμμ-=--（1）当系数矩阵的秩等于2,则可得一个二重点(二重直线). （2）当系数矩阵的秩等于1,则可得一个二重点列(二重直线束). 3.1特征根为三个根的情况当特征方程（2）有三个单根时,对于每个特征根,由方程组（3）可求出与之对应的一个二重点,则有三个不同的二重点,设为p 1, p 2, p 3;对偶地,由二重直线方程组（4）可求的三条二重直线,设为l 1, l 2, l 3.这三个二重点与三条二重直线之间有如下关系：由p 1, p 2为二重点,则直线p 1 p 2 必是一条二重直线（过两点的直线惟一确定）,故经过射影变换后直线p 1 p 2的对应仍是直线p 1 p 2 . 同理： p 3 p 2 、 p 3 p 1也是二重直线.因此,把特征根代入二重直线方程（4）中求出的三条直线l 1, l 2, l 3就是直线p 1 p 2、 p 3 p 2、 p 3 p 1.这样,当求出三个二重点p 1, p 2, p 3后,除了可以通过二重直线方程组（4）求二重直线,还可以用两点坐标之向量外积p 1× p 2、 p 3× p 2、 p 1× p 3求二重直线的坐标. 例3.1 求射影变换1122123123'4'63'x x x x x x x x x xρρρ=-⎧⎪=-⎨⎪=--⎩的二重元素. 解：由特征方程123410630,13 2.111μμμμμμ----=-==----=0得特征根:，，分别把特征根代入二重点方程()()()()()()121212340630001110165.10x x x x x x x μμμ--=⎧⎪-+=⎨⎪--+=⎩,得二重点坐标分别为，，，，，，把特征根分别代入二重直线方程组()()()[][][]123123346030110555610.10u u u u u u u μμμ-++=⎧⎪--+-=---⎨⎪-+=⎩,得二重直线坐标分别为，，，，，，这三条直线与三个二重点两两向量外积所得的直线相同()()[]()()[]()()[]001110110110165555165001610⨯=-⨯=-⨯=-，，，，，，，，，，，，，，，，，，，， 3.2特征根为一个单根及一个二重根的情况当特征方程（2）有一个单根及一个二重根时,对应于单根的必是一个二重点（二重直线）,但对于二重根却有两种情况：可能得到一个二重点（二重直线）或可能得到一个二重点列（二重线束）,这由系数矩阵（5）的秩来决定. 3.2.1系数矩阵的秩为2如果对应于单根的一二重点p 1,对应于二重根（系数矩阵（5）的秩为2）得另一二重点p 2,这时点p 1, p 2的连线必是两条二重直线l 1, l 2中的一条,而另一条二重直线也比过这两二重点中的某一点.对偶地,两条二重直线l 1, l 2的交点一定是p 1, p 2中的某一点,而且另一点也必定在此二直线中的一条上.因此只要把特征根代入求二重点和二重直线的方程组（3）,（4）中,就可以得到二重点和二重直线. 例 3.2.1 求射影变换11222323'26'2'3x x x x x x x xρρρ=+⎧⎪=⎨⎪=-+⎩的二重元素. 解：由特征方程123260020,32013μμμμμμ--===--=0得特征根:，（二重根）对应于µ1=3的一个二重点p 1,把µ2=µ3=2代入系数矩阵（5）得秩等于2,也得一个二重点p 2.对偶地,对应于这两个根有两条二重直线. 把µ1=3和µ2=µ3=2代入二重点方程组()()()()()1221223260200,0,1,1,0,0.30x x x p p x x μμμ-+=⎧⎪-=⎨⎪-+-=⎩,得二重点分别为把µ1=3,µ2=µ3=2代入二重直线方程组()()()[][]112312320620,0,1,1,0,1,0.30l l μμμμμμμμ-=⎧⎪+--=-⎨⎪-=⎩得二重直线由此看到,p 1, p 2连线就是l 2,而直线l 2经过p 2,即l 1, l 2相交于p 2,而p 1在直线l 2上. 3.2.2系数矩阵的秩为1如果对应单根得一二重点p 1（二重直线l 1）,对应于二重根（系数矩阵的秩为1）得一二重点列l （二重线束o ）.这时二重直线l 1就是二重点列的底,而二重点就是二重线束束心o ,即l 1=l ,p 1=o ,因为二重点列上的点都是二重点,它们的底直线l 在射影变换中不会改变,从而成为二重直线.对偶地,二重线束束心o 在射影变换中不变,成为二重点.由此可知,在这种情况下,只要把特征方程（2）的根代入方程组（3）,就可以求出二重点与二重点列,则二重线束束心与二重直线也就得到了. 例3.2.2求射影变换11223223'''22x x x x x x x xρρρ=⎧⎪=⎨⎪=--+⎩的二重元素. 解：由特征方程123100010,2(1122μμμμμμ--===---=0得特征根单根），（二重根）对应于单根µ1=2得一二重点,对于二重根µ2=µ3=1,代入系数矩阵（5）, 其秩等于1,故得以二重点列. 把µ1=2,µ2=µ3=1代入二重点方程组()()()1211231231010(0,0,1)20.220x x p x x x x x x μμμ-=⎧⎪-=+-=⎨⎪--+-=⎩,得二重点列二重点列方程这时,在已知射影变换下,二重直线方程坐标是[1,2,-1],而二重直线方程的束心方程是：µ3=03.3特征根为三重根的情况当特征方程（2）的根式三重根时,对应于这个三重根也有两种可能：可能得到一个二重点（二重直线）,也可能得到一个二重点列（二重线束）.此时仍可用系数矩阵（5）的秩来判定. 3.3.1系数矩阵的秩为1如果把特征根代入系数矩阵（5）,得秩等于1,则对应于特征根有一个二重点列（二重线束）.这时二重线束的束心就在二重点列上.因此可通过二重点（二重直线）方程组得到二重点列（二重线束）. 例 3.3.1求射影变换11232233'2''x x x x x x x xρρρ=++⎧⎪=⎨⎪=⎩的二重元素. 解：由特征方程1120010,1(001μμμμ--=-=0得特征根三重根）把µ1=1代入系数矩阵（5）得秩等1,把µ1=1代入二重点方程组()()()123223312010010x x x x x x x μμμ-++=⎧⎪-=+=⎨⎪-=⎩,得二重点列2 将µ1=1代入二重直线方程组()()()()11212313102100.1002010u u u u x x u u μμμ-=⎧⎪+-==+=⎨⎪+-=⎩,得二重线束的束心方程其中束心，，在点列上.3.3.2系数矩阵的秩为2如果把特征根代入系数矩阵（5）的秩等于2,这时二维射影变换（1）只有一个二重点及一条二重直线,二重点与二重直线之间具有结合关系.此时可通过求二重点（二重直线）方程组得到二重点（二重直线）的坐标. 例 3.3.2求射影变换11222333'''x x x x x x x xρρρ=+⎧⎪=+⎨⎪=⎩的二重元素。

射影。仿射变换的基本知识

射影变换的基本知识定义设为平面上的四个共线点，称两个单比和的比为这四点的交比或复比，记作，其中和称为基础点对，和称为分点对。

定义如果四点的交比，则称点对和调和分离点对和，或称点对与点对调和共轭，这时也称为的第四调和点，交比值称为调和比。

定理：中心射影保持共线四点的交比不变证明：如图为射影中心直线上任意四点在中心射影下的像分别是直线上的设的垂直于的高长度为，的垂直于的长度为则于是同理于是故定义如果平面上的点变换使共线三点还变成共线三点，并且保持共线四点的交比不变，称此变换为平面上的射影变换。

因为正交变换、相似变换、仿射变换都保持共线三点的单比不变，必然保持共线四点的交比不变，所以这些变换都是射影变换。

射影变换的基本不变性质：定理：平面上全部射影变换的集合构成群证明：（1）设是平面上的两个射影变换，是共线四点据定义有且且所以仍是射影变换（2）设是平面的上射影变换且且所以是射影变换故平面上全部射影变换的集合构成群称之为射影变换群，仿射变换群、相似变换群、正交变换群都是它的子群。

§2.6 几个重要的变换群下面讨论正交变换（运动）、相似变换、仿射变换、射影变换，以及它们的基本性质。

这些变换群可以决定四种不同的几何学，即欧氏几何学、相似几何学、仿射几何学和射影几何学。

一、正交变换群定义：平面上保持两点间距离不变的点变换称为正交变换或运动。

即将平面上的点建立一一对应，且对于平面上任意两点，若其对应点分别为，则对应线段的长度。

正交变换具有的基本不变的性质（1）正交变换把直线变成直线，并且保持点和直线的结合关系和共线三点的介于关系。

证明：设是直线上有序的三点，它们共线的充要条件为如果正交变换把它们依次变为，则有于是因此在同一直线上。

就是说，共线点变成共线点，直线变成直线。

（2）正交变换把不共线的点变成不共线的点证明：设为不共线三点，则三点不共线充要条件为如果它们依次变为，则有于是因此不共线由（1）、（2）知，正交变换把相交直线变成相交直线，把角变成角。

中考射影定理及其运用正规版

中考射影定理及其运用(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）相似三角形------射影定理的推广及应用射影定理是平面几何中一个很重要的性质定理，尽管义务教材中没有列入，但在几何证明及计算中应用很广泛，若能很好地掌握并灵活地运用它，常可取到事半功倍的效果。

一般地，若将定理中的直角三角形条件非直角化，亦可得到类似的结论，而此结论又可作为证明其它命题的预备定理及联想思路，熟练地掌握并巧妙地运用，定会在几何证明及计算“山穷水尽疑无路”时，“柳暗花明又一村”地迎刃而解。

一、射影定理射影定理直角三角形斜边上的高是它分斜边所得两条线段的比例中项；且每条直角边都是它在斜边上的射影和斜边的比例中项。

如图（１）：Ｒt△ＡＢＣ中，若ＣＤ为高，则有ＣD２＝ＢＤ•AD、ＢＣ２＝ＢＤ•ＡＢ或ＡＣ２＝ＡＤ•ＡＢ。

二、变式推广１．逆用如图（１）：若△ＡＢＣ中，ＣＤ为高，且有ＤＣ２＝ＢＤ•ＡＤ或ＡＣ２＝ＡＤ•ＡＢ或ＢＣ２＝ＢＤ•ＡＢ，则有∠ＤＣＢ＝∠Ａ或∠ＡＣＤ＝∠Ｂ，均可等到△ＡＢＣ为直角三角形。

２．一般化，若△ＡＢＣ不为直角三角形，当点Ｄ满足一定条件时，类似地仍有部分结论成立。

（后文简称：射影定理变式（2））如图（２）：△ＡＢＣ中，D为ＡＢ上一点，若∠ＣＤＢ＝∠ＡＣＢ，或∠ＤＣＢ＝∠Ａ，则有△ＣＤＢ∽△ＡＣＢ，可得ＢＣ２＝ＢＤ•AB；反之，若△ＡＢＣ中，Ｄ为ＡＢ上一点，且有ＢＣ２＝ＢＤ•ＡＢ，则有△ＣＤＢ∽△ＡＣＢ，可得到∠ＣＤＢ＝∠ＡＣＢ，或∠ＤＣＢ＝∠Ａ。

三、应用例１如图（３），已知：等腰三角形ＡＢＣ中，ＡＢ＝ＡＣ，高ＡＤ、ＢＥ交于点Ｈ，求证：４ＤＨ•ＤＡ＝ＢＣ２分析：易证∠ＢＡＤ＝∠ＣＡＤ=900-∠C ＝∠HBD ，联想到射影定理变式（2），可得ＢＤ２＝ＤＨ•ＤＡ，又ＢＣ＝２ＢＤ，故有结论成立。

（证明略）例２如图（４）：已知⊙Ｏ中，Ｄ为弧ＡＣ中点，过点Ｄ的弦ＢＤ被弦ＡＣ分为４和１２两部分，求ＤＣ。

分析：易得到∠ＤＢＣ＝∠ＡＢＤ＝∠ＤＣＥ，满足射影定理变式（2）的条件，故有ＣＤ２＝ＤＥ•ＤＢ，易求得ＤＣ＝８(解略)例3 已知：如图（5），△ＡＢＣ中，ＡＤ平分∠ＢＡＣ，ＡＤ的垂直平分线交ＡＢ于点Ｅ，交ＡＤ于点Ｈ，交ＡＣ于点Ｇ，交ＢＣ的延长线于点Ｆ，求证：ＤＦ２＝ＣＦ•ＢＦ。

证明射影定理的三个结论

证明射影定理的三个结论证明射影定理的三个结论，这个话题一听就感觉有点学术，但其实说白了，咱们就是想搞清楚一些基本的数学原理。

大家都知道，射影定理在几何学里就像是个老朋友，听起来复杂，其实就藏着许多小秘密。

咱们得先捋清楚，射影定理主要是关于三角形和直线的关系。

想象一下，咱们有一个三角形，里面的每一条边都好像是在讲故事，特别是它们和直线的互动，真是妙趣横生。

好比你走在街上，碰到朋友，顺势就聊起来了。

第一个结论是，任意一点到一条边的距离，其实就是那点投影到边上的垂直距离。

这么说吧，就像你在阳光下站着，影子总是朝着特定的方向伸展，对吧？这就是投影的魅力，谁都能明白，简单又直观。

你只要想象一下，一个小球在地上滚动，它落到地面上时，距离可不就成了一个影子嘛。

让人会心一笑，简单的道理却有着不简单的深意。

第二个结论就更加引人入胜了。

你知道，三角形的重心就在于三个边的中点连成的线，这就像是一群小伙伴围成圈，互相拉扯，保持平衡。

重心的存在就意味着，不论你如何摆动这三角形，它总会回到这个中心点。

真是一个天生的平衡大师。

想想吧，生活中也有很多这样的平衡，比如工作和休闲的时间安排，要学会找个中点，不然就容易翻车。

这个结论让我们明白，数学不仅仅是公式，它还能教我们生活的智慧。

再说说第三个结论，咱们称之为相似三角形的属性。

这部分就像是一场视觉盛宴。

你把一个三角形放大或者缩小，咱们仍然可以看到它的形状依然保持着，这种奇妙的相似关系就像是一对好姐妹，穿着不同的衣服，打扮各异，形态却依旧一脉相承。

举个例子，就像你和你的好朋友一起拍照，虽然身高不同，姿势各异，但你们的笑容却是那么和谐。

这种相似性就让我们的生活充满了乐趣。

数学中的这种美感，有时候就是在这些小细节里展现出来的，令人忍不住想要去探索更深的世界。

综合这三条结论，咱们可以看到射影定理不仅仅是在玩数字游戏，它还蕴藏着许多有趣的生活哲学。

每一个结论都像是打开了一扇窗，窗外的风景各有千秋。

射影几何公理

射影几何公理
【原创版】
目录
1.射影几何公理的定义与概述
2.射影几何公理的基本原理
3.射影几何公理的推导与证明
4.射影几何公理的应用与影响
正文
射影几何公理是一种数学理论，主要研究空间中点、线、面的关系以及它们如何投影到某个子空间。

射影几何公理起源于 19 世纪，是由法国数学家卡尔·弗里德里希·高斯（Carl Friedrich Gauss）和意大利数学家吉罗拉莫·卡尔达诺（Girolamo Cardano）等人提出的。

射影几何公理的基本原理包括以下几点：
1.射影空间：射影几何公理研究的空间称为射影空间，它可以是实数域上的，也可以是复数域上的。

射影空间中的点、线、面都是射影几何的基本元素。

2.直线：射影空间中的一条直线是由两个不共线的点确定的。

射影几何公理定义了直线的性质，包括直线上的点、直线与直线的交点等。

3.平面：射影空间中的一个平面是由三个不共线的点确定的。

射影几何公理定义了平面的性质，包括平面上的点、平面与平面的交线等。

4.点、线、面的关系：射影几何公理详细描述了点、线、面之间的关系，包括点在直线上、点在平面上、直线在平面上等。

射影几何公理的推导与证明主要依赖于射影空间中的基本元素和定义。

例如，射影几何公理可以通过直线和平面的性质推导出点在线上、点在平面上等结论。

这些结论可以进一步推广到更复杂的几何问题中。

射影几何公理的应用与影响非常广泛。

在现代数学领域，射影几何公理被广泛应用于空间解析几何、微积分、线性代数等学科。

此外，射影几何公理在物理学、工程学等领域也有广泛的应用。

数学射影定理及燕尾定理

射影定理，又称“欧几里德定理”：在直角三角形中，斜边上的高是两条直角边在斜边射影的比例中项，每一条直角边又是这条直角边在斜边上的射影和斜边的比例中项。

射影定理是数学图形计算的重要定理。

概述图中，在Rt△ABC中，∠ABC=90°，BD是斜边AC上的高，则有射影定理如下：BD²=AD·CDAB²=AC·ADBC²=CD·AC由古希腊著名数学家、《几何原本》作者欧几里得提出。

此外，当这个三角形不是直角三角形但是角ABC等于角CDB时也成立。

可以使用相似进行证明：①CD²=AD·BD;②AC²=AD·AB;③BC²=BD·AB;④AC·BC=AB·CD证明：①∵CD²+AD²=AC²,CD²+BD²=BC²∴2CD²+AD²+BD²=AC²+BC²∴2CD²=AB²-AD²-BD²∴2CD²=(AD+BD)²-AD²-BD²∴2CD²=AD²+2AD·BD+BD²-AD²-BD²∴2CD²=2AD·BD∴CD²=AD·BD②∵CD²=AD·BD(已证)∴CD²+AD²=AD·BD+AD²∴AC²=AD·(BD+AD)∴AC²=AD·AB③BC²=CD²+BD²BC²=AD·BD+BD²BC²=(AD+BD)·BDBC²=AB·BD∴BC²=AB·BD④∵S△ACB= AC×BC= AB·CD∴AC·BC= AB·CD∴AC·BC=AB·CD燕尾定理：在三角形ABC中，AD，BE，CF相交于同一点O，有S△AOB∶S△AOC=BD∶CDS△AOB∶S△COB=AE∶CES△BOC∶S△AOC=BF∶AF因此图类似燕尾而得名。

二维射影对应

不变点不变元素二维射影变换的重要内容之一.
不变直线
二维射影对应
1、不变点
P(x1,x2,x3)为射影变换
:
xi aij x j
j 1
3
| A | 0, i 1, 2,3
的不变点存在0, 使得xi'= xi
xi aij x j
j 1
3
| A | 0, i 1, 2,3
a12 a22 a32
3
a13 a23 , a33
| A | 0,
上面的对应也写成
xi j | 0, 0.
二维射影对应
定义设 , '为两个点场. 若： ' 满足 (i) 为双射, (ii) 使共线点变为共线点, (iii) 保持共线四点的交比不变, 则称为点场到'的一个二维射影对应. 定理非奇异线性对应等价于射影对应。
二维射影对应
由此得 1 : 2 : 3 : 4 3: 4 : 3:1 于是得到齐次射影坐标变换式
x1 9 x1 8 x2 x2 3 x1 4 x2 6 x3 x 4 x 3 x3 . 1 3
其中Aij是aij的代数余子式。
1u1 a11u1 a21u2 a31u3 , 2u2 a12u1 a22u2 a32u3 , u a u a u a u , 13 1 23 2 33 3 3 3
二维射影对应
其中 =
存在 , 使
a11 a12 a13 a21 a22 a23 a31 a32 | AT E | f ( ) 0. a33