【射影几何11】完全四边形和交比研究

一、说明

   对于交比的灵活应用,尚有许多情况需要讨论,首先引出完全四边形的例子,该关键词的应用非常普遍;其次,我们尝试用交比证明一些事实;随后我们又引出交比射影案例的特殊情况。

二、完全四边形

2.1 完全四边形定义

   【定义】完全四边形,就是存在四条线,其中不允许出现三条线共点,那么四条线围成的区域,即是完全四边形。
讨论:什么不是完全四边形?
在这里插入图片描述
上图,退化成三边形,不是完全四边形
在这里插入图片描述
上图为梯形,是完全四边形。只是作图中常常不用梯形,因为平行线相交无穷远无法做出。

2.2 完全四边形的对角线

   完全四边形的对角线及其重要,这里专门强调一下。
在这里插入图片描述
上图中AC、DB、EF是完全四边形的对角线,对角线三条,不要搞错,EF也是对角线!。

2.3 完全四边形的对角线上的调和点列

   如图,直线AE、BE、AF、BI构成一个完全四边形EIGF,直线AB、IF、EG为对角线。记A、B、C、D的交比为(ABCD),则(ABCD)=-1。

在这里插入图片描述
  根据交比的不变性,由E点的投影,有 x = ( A B C D ) = ( I F H D ) x=(ABCD)=(IFHD) x=(ABCD)=(IFHD)
  由G点的投影,有 ( B A C D ) = ( I F H D ) (BACD)=(IFHD) (BACD)=(IFHD)
根据定义,有 ( B A C D ) = 1 ( A B C D ) = 1 x (BACD)={\frac {1}{(ABCD)}}={\frac {1}{x}} (BACD)=(ABCD)1=x1
  因此, x = 1 x x={\frac {1}{x}} x=x1
  由于A、B、C、D四点的相对位置, x < 0 x<0 x<0,故 ( A B C D ) = x = − 1 (ABCD)=x=-1 (ABCD)=x=1
证毕。

事实上,还有一组调和点列,在对角线EG上,我们下文专门谈及。

2.3 交比证明的思维方式

   射影几何的证明,很容易眼花,这里发明一个思维模式:
引进一个运算符号:

See(point)= {交比点列1,交比点列2,,交比点列N}

   point是发射点,其中SEE(point)表示:从point为发射点,能够看到的交比点列。比如下图
在这里插入图片描述
从E看到交比点列是IHFD和ACBD,表示为:
See(E) ={(IHFD), (ACBD)}
同理:
See(A) = {(IHFD), (EHGC)}
用等价性发现(ACBD)=(EHGC):
【推论】在完全四边形对角线AD,HD,EC上都有一组调和点列。

三、交比应用的特殊情况

3.1 对顶射影

   如下图,在下图中,射影的交比循序【ABCD】和【A’B’C’D’】应该是相等的。

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3.2 线束差180度如何

   半对顶映射将如何处理?比如下图:
1)从B点发出线束BD,BD,BS,BE,横截两个直线AE和CD,能否说明
(A1SE)=(CDS2)【这里关键是,能否将BA和BC线束看成一条?】

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