- •Аффинное пространство и его простейшие свойства. Примеры.
- •Координаты в аффинном пространстве.
- •Плоскости в аффинном пространстве.
- •Аффинно-независимые точки аффинного пространства.
- •Векторное параметрическое уравнение плоскости. Плоскости и системы линейных уравнений.
- •Пересечение и сумма плоскостей аффинного пространства.
- •Аффинное отображение.
- •Изоморфизм аффинных пространств
- •Аффинные преобразования. Выражение аффинного преобразования в координатах.
- •Параллельный сдвиг аффинного пространства. Формулы параллельного сдвига. Центроаффинное отображение. Формулы центроаффинного отображения.
- •Фигуры в аффинном пространстве. Простое отношение трех точек. Отрезок. Середина отрезка. Центр фигуры.
- •Евклидово точечное пространство. Прямоугольная система координат.
- •Плоскости евклидова точечного пространства.
- •Гиперплоскость евклидова точечного пространства. Расстояние от точки до гиперплоскости. Объем параллелепипеда.
- •Движения евклидова точечного пространства. Группа движений евклидова точечного пространства. Метрически эквивалентные фигуры евклидова точечного пространства.
- •Собственные движения евклидовой точечной плоскости.
- •Движения трехмерного евклидова точечного пространства.
- •Несобственные движения евклидовой точечной плоскости. Аффинные преобразования евклидова точечного пространства.
- •Пространство An (I). Определение квадрики. Преобразование уравнения квадрики.
- •Пересечение квадрики с прямой.
- •Асимптотические направления. Центр квадрики.
- •Линии эллиптического, гиперболического и параболического типов. Центры линий второго порядка.
- •Диаметральные плоскости. Диаметры линий второго порядка.
Гиперплоскость евклидова точечного пространства. Расстояние от точки до гиперплоскости. Объем параллелепипеда.
Рассмотрим (n-1)-мерную плоскость, т.е. гиперплоскость и прямоугольную систему координат (O, ). (1)
Пусть ( ) - некоторая точка гиперплоскости и - направляющее пространство для . Согласно теореме 26.1, через точку проходит одномерное ортогональное дополнение плоскости , т.е. прямая ∆ . Пусть n( )- какой-либо направляющий вектор прямой ∆ и М ( )- произвольная точка пространства . Точка М принадлежит плоскости тогда и только тогда, когда векторы n и ортогональны, т.е. =0. Записывая это равенство в координатах, получаем (2)
Этому уравнению относительно удовлетворяют координаты любой точки плоскости , и только такой точки. Другими словами, уравнение (2) является уравнением плоскости . Отметим, что эта плоскость проходит через точку ( ) и ортогональна вектору n( ), т.е. прямой с направляющим вектором n.
Запишем уравнение (2) гиперплоскости в виде (3)
Пусть N( ) - произвольная точка пространства .Рассмотрим прямую , проходящую через точку N и являющуюся ортогональным дополнением гиперплоскости . Эта прямая пересекает гиперплоскость в некоторой точке Р( ). По аналогии с пространством сформулируем
Определение
26.7.
расстоянием от точки N
до гиперплоскости
называется длина вектора
.
Определение
26.8. Множество
всех точек пространства
,
координаты которых в репере (
)
удовлетворяют неравенствам
называется n-мерным
параллелепипедом в пространстве
,
построенным на n
линейно независимых векторах
(2) отложенных от некоторой точки
.
Пусть
параллелепипед построен на линейно
независимых векторах (2). Зафиксируем в
пространстве
какой-либо ортонормированный базис
(3)
и
разложим каждый из векторов (2) по векторам
базиса (3). Пусть
-
квадратная матрица n-го
порядка, столбцами которой являются
координатные столбцы соответствующих
векторов (2) в базисе (3).
Определение
26.9. Объемом
n-мерного
параллелепипеда, построенного на
векторах (2), отложенных от некоторой
точки М, называется число
(4)
Теорема Пусть объем n-мерного параллелепипеда, построен на векторах (2), отложенных от некоторой точки М. Тогда V не зависит от выбора ортонормированного базиса (3).
Движения евклидова точечного пространства. Группа движений евклидова точечного пространства. Метрически эквивалентные фигуры евклидова точечного пространства.
Определение
26.10. Аффинное
преобразование f
точечного евклидова пространства
называется движением этого пространства,
если оно не изменяет расстояний между
точками, т.е. для любых точек
имеем
(1)
Движения точечного евклидова пространства тесно связаны с ортогональными операторами соответствующего линейного евклидова пространства , а именно: имеет место следующая
Теорема 26.2. Аффинное преобразование f пространства является движением тогда и только тогда, когда его однородная часть φ - ортогональный оператор.
Заметим,
что движение f
пространства
выражается в прямоугольных координатах
с помощью формулами
=
, где
- ортогональная матрица однородной
части
движения f.
Теорема 26.3. Множество всех движений пространства есть подгруппа в группе всех аффинных преобразований этого пространства.
Определение
26.11. Фигура
пространства
называется метрически эквивалентной
фигуре
этого пространства, если существует
движение
,
переводящее фигуру
в фигуру
, т.е
Теорема 26.4. Все ортонормированные реперы пространства образуют один класс метрически эквивалентных фигур.
Док_во:
Заметим прежде
всего, что ортонормированный репер (7)
вполне определяется упорядоченным
набором из n+1
точек
,
таких, что
,
.
Поэтому репер можно считать фигурой.
Так как по теореме 26.2 любое движение
пространства
сохраняет скалярное произведение
векторов, то f
переводит всякий ортонормированный
репер в ортонормированный. Пусть заданы
два ортонормированных репера: (7) и
,
причем
- координаты точки О` в репере (7) и
-матрица
перехода от ортонормированного базиса
(9) к ортонормированному базису
.
Как известно из §23.7, матрица А является
ортогональной. Рассмотрим теперь
движение, заданное формулой (8). Оно
переводит репер (7) в репер (11). Итак, любые
два ортонормированных репера метрически
эквивалентны.
Теорема 26.5. Все k-мерные плоскости пространства при фиксированном k образуют один класс метрически эквивалентных фигур.
