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第二章 几何变换与变换群


知识点一:平面到平面上的平行射影


是两个不同的(平行或相交)的平面, 是不平行 也不平行 的直线。

定义 沿方向 的平行射影,指的是从 的一个映射,它使得平面 上的每个点 对应于 上的点 ,点 在过点 且平行于给定直线 的直线上,

如图所示

   

平行射影把平面 上的一个图形 变成平面 上的某个图形

如果 ,则平行射影把 上的图形变成 上的一个全等的图形;如果 ,则平行射影改变图形的形态。

改变直线 的方向,会得到不同的从 的平行射影。

平行射影具有以下基本性质:

性质平行射影把 上的直线映射成 上的直线(图1).

实际上,过直线 上的点且平行于 的直线构成一个平面

在上述平行射影下的像就是平面 的交线;

反之, 上的每一条直线都是 上某一直线的像。

性质平行射影把平行直线变成平行直线(图2).

实际上,作与直线 平行且分别通过 的两个平面

则平面 平行,

从而 与平面 的交线 也平行。

性质3  平行射影保持两条共线的线段的长度之比不变,也保持平行线上两个线段的长度之比不变。

实际上,与一个角的两边相交的平行线在这两个边上截得成比例的线段

,并设 是直线 上的点,使得

有性质2知,平行射影将 变成

故有上面已证,有

性质4  平行射影保持平面上两个图形的面积比不变。

定理 是平面 上不共线的三个点, 是平面 上不共线的三个点,则存在从 上的一个平行射影把 映射成 上与 相似的 .

证明    一般情况即 ,将平面 放置于空间中,使得 沿直线 相交,

在平面上 选取一点 ,使得 ,则所求的平行射影由直线 确定.

 

1.设 的三条高线,则有

    证明:因为 ,所以

         同理可得

         于是

2.设 分别是 的边 上的点(不在延长线上),如果 ,则直线 共点

(证明思路)我们求得一个平行射影,将 所在的平面 映射的另一个平面 上得到 ,使得直线 在平行射影下的象是 的三条高线 ,这样由例1可得给定的等式。

证明  做 ,使得三条高线 的垂足依次分三边 为给定比: ,做法如下:

首先,取任意线段 ,在 上取点 ,使得 ,过点 做线段 的垂线 ,在线段 上取点 ,使得 ,过 的垂线 ,设以线段 为直径的半圆与垂线 的交点为 。直线 与垂线 的交点为 ,连接

下面证明 为所求作的三角形。

边上的高线,设 是另外一条高线。

由于

并且由例1知:

    而

所以

由定理1,用一个平行射影将 映射到和 相似的一个三角形

由平行射影性质3:“平行射影保持共线线段的比不变”,可知点 映射到 的高线的垂足上。

而直线 则映射到它的高线上,由于三角形的高线共点,故 共点。

 

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