
【計】 projection geometry
投影幾何學(Projective Geometry)是數學中研究幾何圖形在投影變換下不變性質的分支,其英文定義為“a branch of mathematics dealing with the properties and invariants of geometric figures under projection”。該學科的核心是通過引入“無窮遠元素”構建統一的幾何框架,消除平行線與相交線的差異性。
核心概念包含三點:
$$
(AB,CD) = frac{AC cdot BD}{AD cdot BC}
$$
應用領域涵蓋計算機視覺(如三維重建)、藝術透視學(如達芬奇《最後的晚餐》構圖)和天文測量(星體位置投影分析)。權威參考文獻可參見美國數學學會(AMS)出版的《Projective Geometry》及劍橋大學數學系公開課程講義。
投影幾何學(Projective Geometry)是幾何學的重要分支,主要研究圖形在投影變換下保持不變的性質。其核心思想是:通過引入“無窮遠元素”(如無窮遠點、無窮遠直線),将歐氏幾何中的平行關系轉化為相交關系,從而統一幾何對象的投影特性。
投影變換
指通過中心投影(如光線從一點投射到平面)改變圖形形狀的變換。例如,三維物體在相機成像時,直線投影後仍為直線,但長度和角度可能改變。
無窮遠元素
在投影幾何中,平行線被認為在“無窮遠處”相交。例如,兩條鐵軌在歐氏幾何中平行,但在投影幾何中,它們相交于地平線上的一個“無窮遠點”。
交比不變性
四個共線點的交比(cross ratio)在投影變換下保持不變,這是投影幾何的核心不變量。公式為:
$$
(A,B;C,D) = frac{AC}{BC} div frac{AD}{BD}
$$
德薩格定理
若兩個三角形的對應頂點連線共點,則對應邊交點共線(反之亦然)。這是投影幾何的基石定理。
帕普斯定理
平面上兩條直線上各取三個點,交替連接形成的交點共線,揭示了投影幾何的關聯性。
投影幾何通過抽象化“觀察者視角”的本質,成為現代幾何學和工程應用的理論基礎。其思想在拓撲學、代數幾何中也有延伸。
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