
【经】 cross ratio
associate with; bargain; deal; deliver; fall; friend; hand over; join; meet
mutual; relationship
【医】 venery
compare; compete; ratio; than
【医】 proportion; ratio
【经】 Benelux; benelux customs union; benelux economic union
交比(cross ratio)是射影几何中描述四个共线点比例关系的核心概念,又称复比或非调和比。其数学定义为:对于共线点A、B、C、D,交比可表示为
$$ (A,B;C,D) = frac{AC cdot BD}{BC cdot AD} $$
其中线段长度需考虑符号约定。在英语语境中,该术语对应"cross ratio"或"anharmonic ratio",牛津数学词典将其定义为"四个共线点构成的双不变量"(《牛津数学词典》2023版)。
交比具有两个核心特性:
该概念的应用延伸至计算机视觉领域,OpenCV等库利用交比进行相机标定(参见Springer《计算机视觉算法》第7章)。国际数学联盟(IMU)建议的术语对照表中,中文"交比"与英文"cross ratio"互为标准译名(IMU术语标准化文件2024)。
注:本文参考文献包括《射影几何原理》(高等教育出版社)、《牛津数学词典》及国际数学教育委员会(ICMI)术语规范文件。
交比是射影几何中的核心概念,用于描述四个共线点或共点线束的比例关系,具有重要的不变性和对称性。以下为详细解释:
共线四点交比
设共线四点 (A, B, C, D),其交比定义为有向线段的比例关系:
[
(A, B; C, D) = frac{AC cdot BD}{BC cdot AD}
]
其中线段长度需考虑方向(如坐标系中的正负)。
复平面与射影直线
在复平面上,四点 (z_1, z_2, z_3, z_4) 的交比定义为:
[
(z_1, z_2; z_3, z_4) = frac{(z_3 - z_1)(z_4 - z_2)}{(z_4 - z_1)(z_3 - z_2)}
]
此定义可扩展至黎曼球面(复射影直线),且交比在射影变换下保持不变。
射影不变性
交比是射影变换下的不变量,即通过平移、旋转或投影变换后,交比值不变。例如,四条直线交于一点时,任意截线所得四点的交比相同。
对称性与排列变化
交比值随点的排列顺序变化,但仅有6种不同取值。例如:
[
(A, B; C, D) = rRightarrow(B, A; C, D) = frac{1}{r}, quad (A, C; B, D) = 1 - r
]
这种对称性在几何问题中常用于简化计算。
特殊值意义
几何证明与作图
交比的不变性常用于证明共线、共点问题,如笛沙格定理、帕斯卡定理等。
复分析与物理学
在复变函数中,交比用于描述莫比乌斯变换;相对论中的时空坐标变换也涉及交比概念。
若四点 (A(0), B(1), C(2), D(3)) 共线,其交比为:
[
(A, B; C, D) = frac{(2-0)(3-1)}{(3-0)(2-1)} = frac{4}{3}
]
此值在射影变换(如缩放或平移)后保持不变。
交比通过比例关系揭示几何结构的深层特性,是连接古典几何与现代数学的重要工具。如需更深入的技术细节,可参考射影几何教材或专业文献。
【别人正在浏览】