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射影几何中直线有一个无穷远点(point at infinity):直线的端点就是无穷远点,直线的两端交于无穷远点(可把直线看作封闭曲线).两条平行的直线可以看作相交在无穷远点,所有的平行直线都交于同一个无穷远点. |
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两条或者更多条直线共点,意思是以下两种情况之一:或者存在一个点,所有直线都通过它;或者它们两两平行。
这样,在初等几何中,并不定义无穷远点,而只把交于无穷远点作为平行的另一种说法。
这样,如果P是直线AB上的无穷远点,那么PA/PB=1
在初等几何中,有很多命题需要考虑平行这一特例,使用无穷远点,便避免了这些问题。 |
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O是光源,AB是竖杆,CD是地平线,OR//CD,M是AB上一动点,M的影子是N。
当M逐渐升高,N就越来越远,当M非常接近R时N就远得难以想象。
如果M与R重合呢?
根据tg90=无穷大可知,此时N无穷远。
N可是OM与CD的交点呐!
可是OR偏偏平行于CD,总不可能认为R没影子吧。所以OR与CD交于无穷远点!
这与OR与CD不相交矛盾吗?
当然不,无穷远点是射影空间的“想象中的点”,它代表“方向”。在现实世界或是一般数学世界中根本找不到或认为没有这个点。 |
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(在前面的图上加上OS//AB)
前面只说到M与R重合,如果M继续上升,情况又怎么样了,N又在何方?
如图所示,当M继续上升时,N跑到了CD的左边去了!并且,随着M的升高而越来越接近S!
当M下移,穿破地表继续下降时,N从右边越来越接近S!
这样,当M上升到无穷远或下降到无穷远时,N就到了S!由于一个N显然只对应一个M,所以“天上”“地下”“两个”无穷远点是同一个。 |
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直线居然是封闭曲线,两点确定一条直线,但三点才确定一个圆。这如何理解?
事实上,由于无穷远点是“方向”,所以任何两点都确定了一个无穷远点,直线正是过这两点及对应无穷远点的“圆”。 |