设
和
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:
到
沿方向
的平行射影,指的是从
到
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
到
的平行射影。
平行射影具有以下基本性质:
性质1 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
同
的交线;
反之,
上的每一条直线都是
上某一直线的像。
性质2 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
与
的两个平面
和
,
则平面
和
平行,
从而
与
与平面
的交线
与
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
设
上
,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
即
。
性质4 平行射影保持平面上两个图形的面积比不变。
定理1 设
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
到
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
与
放置于空间中,使得
与
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.
例1.设
是
的三条高线,则有
证明:因为
,所以
,
同理可得
,
于是
。
例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
做
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
得
。
下面证明
为所求作的三角形。
和
是
中
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。