綫性代數 : 物理學類 > 無窮遠點
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No. 1
  射影幾何中直綫有一個無窮遠點(point at infinity):直綫的端點就是無窮遠點,直綫的兩端交於無窮遠點(可把直綫看作封閉麯綫).兩條平行的直綫可以看作相交在無窮遠點,所有的平行直綫都交於同一個無窮遠點.
初等幾何中的無窮遠點定義
  兩條或者更多條直綫共點,意思是以下兩種情況之一:或者存在一個點,所有直綫都通過它;或者它們兩兩平行。
  這樣,在初等幾何中,並不定義無窮遠點,而衹把交於無窮遠點作為平行的另一種說法。
  這樣,如果P是直綫AB上的無窮遠點,那麽PA/PB=1
  在初等幾何中,有很多命題需要考慮平行這一特例,使用無窮遠點,便避免了這些問題。
平行綫交於無窮遠點的證明
  O是光源,AB是竪桿,CD是地平綫,OR//CD,M是AB上一動點,M的影子是N。
  當M逐漸升高,N就越來越遠,當M非常接近R時N就遠得難以想象。
  如果M與R重合呢?
  根據tg90=無窮大可知,此時N無窮遠。
  N可是OM與CD的交點吶!
  可是OR偏偏平行於CD,總不可能認為R沒影子吧。所以OR與CD交於無窮遠點
  這與OR與CD不相交矛盾嗎?
  當然不,無窮遠點是射影空間的“想象中的點”,它代表“方向”。在現實世界或是一般數學世界中根本找不到或認為沒有這個點。
直綫衹有一個無窮遠點的證明
  (在前面的圖上加上OS//AB)
  前面衹說到M與R重合,如果M繼續上升,情況又怎麽樣了,N又在何方?
  如圖所示,當M繼續上升時,N跑到了CD的左邊去了!並且,隨着M的升高而越來越接近S!
  當M下移,穿破地表繼續下降時,N從右邊越來越接近S!
  這樣,當M上升到無窮遠或下降到無窮遠時,N就到了S!由於一個N顯然衹對應一個M,所以“天上”“地下”“兩個”無窮遠點是同一個。
直綫與圓
  直綫居然是封閉麯綫,兩點確定一條直綫,但三點纔確定一個圓。這如何理解?
  事實上,由於無窮遠點是“方向”,所以任何兩點都確定了一個無窮遠點,直綫正是過這兩點及對應無窮遠點的“圓”。