射影角度

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射影角度(projective angular measure)是射影幾何的一個術語,指射影幾何中所定義的兩條直線的夾角。例如,在射影平面上取定一個非退化的二級曲線,另選定一個常數k(k≠0),從這個平面上任意兩直線a,b的交點作這個二級曲線的切線p,q,則w(a,b)=kln(ab,pq)是兩直線a,b的函式,且有以下性質:對於任何共點直線a,b,c,均滿足w(a,b)+w(b,c)=w(a,c),由於函式w(a,b)由有序兩直線a,b惟一決定,並且滿足射影不變性和可加性,因此把函式w(a,b)稱為兩直線a,b所成角(或夾角)的射影測度,簡稱兩直線a,b的射影角度。射影角度是射影變換下的不變數,預先取定的非退化的二級曲線稱為這測度的絕對形,k稱為測度係數或單位 。

基本介紹

距離的射影測度(射影距離)和夾角的射影測度(射影角度)合稱為射影測度(projective measure)。射影測度是凱萊(A.Cayley)於1859年建立的,1871年,克萊因(C.F.Klein)利用射影測度的概念來說明非歐幾何學。非退化的二階曲線有實虛兩種情況,若絕對形為非退化的實二階曲線,則可構成羅氏幾何;若絕對形為非退化的虛二階曲線,則可構成黎氏幾何,這兩種幾何合稱非歐幾何,這樣非歐幾何就可以從射影測度的概念導出,因為射影測度是由交比來定義的,它屬於射影性質,所以非歐幾何可以利用射影測度從射影幾何導出 。

射影角度 射影角度
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在平面內,取定一條常態二級曲線,並選定一常數k(k≠0)。對於平面內的任意兩條直線a、b,從它們的交點引的兩條切線t、t(圖1),作函式

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因為二直線a、b確定以後,它們的交點也就唯一地確定,二切線t、t隨即也被確定,由於

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圖1 圖1
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所以函式由二直線a、b唯一確定(除符號外)。利用交比的性質,可以驗證函式滿足下列三個條件 :

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1.,

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2.;

3.若直線a、b、c相交於一點,則

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定義函式稱為二直線a、b的有向夾角的射影測度,簡稱為射影角度。預先規定的二級曲線稱為這測度的絕對形,常數k稱為測度係數 。

下面我們研究射影角度的表達式。

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設二級曲線(給定的絕對形)的方程為

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二直線a、b的坐標分別為及,由a、b的交點所引的二切線t、t(它們a、b屬於同一線束)的坐標可以表為

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由於與二級曲線相切,故有

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展開,得

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其中。

所以

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如果以表示這兩個根,那么的坐標分別為

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因此

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關於射影角度,我們有如下的定理。

定理如果二直線的交點在絕對形上,則它們的夾角的射影測度等於零。

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證明若二直線a、b的交點在絕對形上,過此交點所引的的兩條切線重合為一條直線,即,交比(tt,ab)=1。

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定理說明,兩條平行直線所成的夾角等於零 。

相關概念

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在平面內,給定一條常態的二階曲級 ,並選定一常數K(K≠0)。對於平面內的任意兩點A、B,它們的連線交二階曲線 於P、P(圖2),作函式

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圖2 圖2

函式d(A,B)被A、B兩點唯一確定(除符號外),利用交比的性質,可以驗證函式d(A,B)滿足下列三個條件;

1.d(A,A)=0;

2.d(A,B)=-d(B,A);

3.若A、B、C是一直線上的三點,則d(A,B)+d(B,C)=d(A,C)。

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定義函式 稱為兩點A、B間的有向距離的射影測度,簡稱為 射影距離。預先規定的二階曲線稱為這測度的絕對形,常數K稱為測度係數 。

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設二階曲線的方程為

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二點A,B的坐標分別為(a,a,a)及(b,b,b),類似地可求出射影距離的表達式

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其中 。

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由射影距離的定義還可以看出,當A(或B) P(或P)時,交比(PP,AB) 0,d(A,B) 。因此有

定理平面上任何一點與絕對形上的任何點間的射影距離為無窮大。

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由定理可以看出,作為絕對形的二階曲線 與歐氏測度中的無限遠直線 相當。

定義設二直線的交點在實的絕對形上,則稱這二直線為平行直線 。

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