Az axiomatikus megközelítés projektív geometria , a projektív sík egy szerkezet, amely egy sor pontot, egy sor vonalak, és egy kapcsolatban, az úgynevezett előfordulási, a pontok közötti és vonalak (egy pont van egy sorban), amely megfelel a axiómáit előfordulási . Ha ez Desargues-tételt is kielégíti , majd axiómának vesszük, akkor argúzi projektív sík (vagy Desargues-féle , vagy akár Desargues-féle projektív sík ).
A valódi „szokásos” projektív sík argumentum, általánosabban pedig a bármely K téren definiált (nem feltétlenül kommutatív) P 2 ( K ) projektív sík arguzin. Ezzel ellentétben, egy argeazi projektív sík alapján lehetséges egy K mező felépítése úgy, hogy ez a sík izomorf legyen (az incidenciaszerkezet szempontjából) a P 2 ( K ) felé. Ezért axiomatikus megközelítés az incidencia szempontjából, a projektív sík fogalmának tetszőleges testre vonatkozásában, és ha a testet jellemezzük, lehetséges például bevezetni a homogén koordinátákat .
Ha a sík tovább kielégíti Pappus axiómáját , akkor ez Pappus projektív síkja, és ez az axióma egyenértékű az alaptest kommutativitásával .
Pontosan ugyanazokat a megfeleléseket találjuk az affin geometriában , egy projektív argúzi síkot, amelyről eltávolítunk egy egyeneset, amelyet a végtelenben egyenesnek nevezünk, és a rá eső pontoknak, amelyeket akkor a végtelen pontoknak nevezünk, affin sík szerkezete van argentin , ugyanez vonatkozik Pappus projektív síkjára, és ez a módszer a test megtalálásának egyik módja a homotetika (affin fogalom) arányai alapján .
A 3. dimenziótól kezdve a Desargues tulajdonságot (a síkban) egyedül az incidencia axiómái mutatják be, és az incidencia szempontjából axiomatizált projektív terek mind a projektív terek a testen. Bármely affin argúzi sík elmerül a 3. (vagy annál magasabb) dimenzió projektív terében, és kölcsönösen egy ilyen sík szükségszerűen argúzi.
A projektív argumentum sík a projektív sík beesési axiómáin kívül Desargues axiómáját is ellenőrzi, vagyis összesen:
Desargues axiómájának kettős állítása azt mondja, hogy adott két háromszög a, b, c és a ', b', c 'oldalú, csúcsaival A = b ∩ c, B = a ∩ c, C = a ∩ b és A '= b' ∩ c ', B' = a '∩ c', C '= a' ∩ b ', ha a 3 pont P = a ∩ a', Q = b ∩ b 'és R = c ∩ c 'egymáshoz igazodnak, akkor a 3 p = (AA'), q = (BB ') és r = (CC') egyidejű: a Desargues axiómájának reciprokja. Ez következik az axiómából. Tegyük fel, hogy P, Q és R igazodnak, a két AA'Q és BB'P háromszög csúcsa 3 vonalon (AB), (A'B ') és (QP) egybeesik R-ben. A Desargues axióma szerint a 3 a C = (AQ) ∩ (BP), C '= (A'Q) ∩ (B'P) és (AA') ∩ (BB ') pontok egymáshoz igazodnak, ami azt jelenti, hogy a 3 vonal (AA'), (BB ') és (CC') egyidejűek.
Desargues axiómájának kettős állítása bizonyítható, a kettősség elve, amely már az első 4 axiómára érvényes (lásd: projektív sík (incidenciaszerkezet) # Dualitás ), továbbra is érvényes az argentin projektív síkokra. Másképp fogalmazva, az argúzi projektív sík kettős síkja argúzi projektív sík.
Az egyik egyenesétől megfosztott vetítősík, amelyet akkor a végtelenben egyenesnek neveznek , és a rá eső pontok, amelyeket a végtelennek nevezünk, affin sík; a végtelen ponton a szekáns vonalak párhuzamosak (lásd: projektív sík (incidenciaszerkezet) # projektív sík és affin sík ). Ha a vetítősík argumentum, függetlenül a vonal választásától, a kapott affin sík affin argin sík , az affin Desargues axióma megfelel a projektív axióma azon esetének, amikor a 3 metszéspont közül 2 a végtelenben van (a következtetés, hogy a harmadik).
Ezzel szemben affin argin sík vetülõ síkban fejezhetõ be, hozzáadva egy pontot minden egyes vonal irányához és egy olyan vonalat, amelyhez mindezek és csak ezek a pontok mellékesek. De mivel az affin argumentum sík egy testen definiált sík (lásd a következő bekezdést), a kapott projektív sík ennek az affin síknak a projektív befejezése, ezért ez egy testen definiált projektív sík, ezért argentin (lásd a következő bekezdést) ).
A projektív Desargues axiómát a mezőn definiált síkok (nem feltétlenül kommutatív) igazolják , ez a Desargues-tétel .
Az argin affin sík egy testen definiált affin sík , a projektív argin sík a testen definiált projektív sík . Az argemusi projektív síkok axiomatikus meghatározása tehát ekvivalensnek bizonyul a projektív síkok definíciójával, mint hányadosa a 3. dimenzió K testének vektorterén való igazodás viszonyának .
Ezt az eredményt affin geometriában tudjuk megmutatni a sík transzformációinak felhasználásával, amelyek egy vonalhoz párhuzamos vonalat társítanak. Ezen affin transzformációk közül azok, amelyeknek nincs fix pontja, a fordítások , és ez a Desargues affin kis axiómáját használja, amely projektív geometriában megfelel a Desargues axiómájának azon egyedi esetének, ahol a rajz S pontja A fenti metszéspont két pontján áthaladó egyenesen van, például P és Q (a végtelenségnél egyenesnek vesszük), amikor arra a következtetésre jutunk, hogy a harmadik R ezen a vonalon van. Azok a transzformációk, amelyek egy vonalhoz párhuzamos vonalat társítanak és rögzített ponttal rendelkeznek, a homotetikák , és ez a Desargues axiómáját használja, amely projektív módon megfelel annak az esetnek, amikor az S pont nem a 3 pont 2-jén áthaladó egyenesen van. P, Q és R. A fordítások biztosítják az alatta lévő vektorteret, amelyen affin homotetikusan meghatározzuk azt a vektorhomotetikát, amely a mögöttes K. mezőt adja .
Ahhoz, hogy egy vetítősíkot egy mezőn kapjunk, korlátozhatjuk Desargues axiómáját arra az esetre, amikor a metszéspontok közül kettő, például P és Q egy adott vonalon található. Még azt is feltételezhetjük, hogy S nincs összhangban P-vel és Q-val, a Desargues affin kis axiómája a homotetikának megfelelő eset következménye. A kapott projektív sík argentin.
Másrészt a kis projektív Desargues axióma (az az egyedi eset, amikor hipotézis szerint az S pont a 3 metszéspont kettőjével, például P és Q egybeesik) nem elegendő ahhoz, hogy a sík argumentumszerű legyen.
Arra is lehetőség van, hogy kiemelje az alapul szolgáló testet közvetlenül a projektív geometriában, anélkül, hogy az affin geometriával kitérne, egy olyan módszer alkalmazásával, amelyet Karl Georg Christian von Staudt "sugáralgebra" ihletett , de azóta tisztázott és egyszerűsített.
A Pappus projektív sík egy argeazi projektív sík, amely tovább kielégíti a Pappus axiómát:
A Pappus konfigurációja, amely 3 vonalon egyenként 9 pontból áll, és egyenként 3 ponton áthaladó 9 vonalból áll, autodual, és Pappus axiómájának kettős állítása (ellentétes állítás) ennek az utolsó modulo axiómának a következménye. előfordulása.
Legyen egy 1 , b 1 és c 1 3 egyidejű vonal; ahogy az a 2 , b 2 és c 2 egyenesek . Ezért definiálhatunk 3 pontot A 1 = a 1 ∩ b 1 ∩ c 1 , B 1 = a 1 ∩ c 2 és C 1 = a 1 ∩ b 2 az 1-hez igazítva , valamint 3 pontot A 2 = a 2 ∩ b 2 ∩ c 2 , B 2 = a 2 ∩ c 1 és C 2 = a 2 ∩ b 1 a 2-hez igazítva . Ezután beállítjuk C 0 = b 1 ∩ c 2 , B 0 = b 2 ∩ c 1 , a 0 = (B 0 C 0 ), b 0 = (B 1 C 2 ), c 0 = (C 1 B 2 ) , A 0 = b 0 ∩ c 0 . Ezután Pappus axióma azt vonja maga után, hogy az A 0 , B 0 és a C 0 pontok egymáshoz igazodnak, ezért a kért következtetés, nevezetesen az a 0 , b 0 és c 0 egyenesek egyidejűek.
A kettősség elve tehát kiterjed Pappus projektív síkjaira is.
Pappus axiómájának kettős állítása valójában ekvivalens ezzel az egy modulóval az incidencia axiómáival. Valójában a kettősség következik (az előfordulás egyetlen axiómája esetén).
Argesi projektív síkban, amely tehát testre építhető, Pappus axióma egyenértékű a szóban forgó test kommutativitásával. Vannak nem kommutatív mezők , ezért argumentumszerű projektív síkok, amelyek nem Pappus-síkok.
Az ekvivalencia affin geometrián való áthaladással bizonyítható, az affin Pappus axiómát úgy kapjuk meg, hogy a vonalat a metszéspont két pontján keresztül vezetjük a végtelenbe , arra a következtetésre jutva, hogy a harmadik is. Abban az esetben, ha az A 1 , B 1 és C 1 , egyrészt A 2 , B 2 és C 2 , másrészt áthaladó vonalak szekundánsak az O pontban, az affin Pappus axióma kifejezi a a 0 középpontú két homotétia szorzata, tehát a testé.
Az eredmény közvetlenül demonstrálható a projektív geometriában is, a testben lévő homogén koordináták (bármelyik a priori) felhasználásával, mivel feltételezzük az argeszin síkot, és ha a Pappus-konfiguráció 9 pontja közül egy projektív koordináta-rendszert választunk. .
Kiderült, hogy valójában, amint Gerhard Hessenberg megfigyelte , a Desargues tulajdonság Pappus tulajdonságából következik, és ezért Pappus projektív síkját axiomatizálják a projektív sík beesési axiómái és Pappus axióma ( felesleges).
Lehetséges a Pappus projektív síkjainak újabb axiomatizálása (ezért kommutatív mezőn ), amely a sík vonalai közötti homográfiákat , vagyis a projektív transzformációkat használja: egy további axióma biztosítja a vonalon található homográfia egyediségét maga 3 rögzített ponttal rendelkezik. Lehetővé teszi a projektív geometria közvetlen axiomatikus megközelítésének kidolgozását ( lineáris algebra vagy homogén koordináták használata nélkül ) a kúpok meghatározásáig és tanulmányozásáig .
Az axiomatikus megközelítésben általában megkülönböztetünk egy vonalat és ennek a vonalnak a ponthalmazát (vagyis a vele kapcsolatos incidenseket). A vonal pontkészlete az 1. dimenzió projektív altere (a lineáris algebra értelmében ) egy argúzi projektív síkon. A kettős elképzelés az, hogy egy csomó vonal áthalad egy adott ponton, vagy egy ecsettel sor áthaladó ezen a ponton ( (in) ceruza). Ez a ponton áthaladó összes vonal halmaza, és a vonalkefék a kettős projektív sík 1-dimenziós alterei. A vonalak közötti projektív transzformációkat, homográfiákat vagy néha projektivitásokat ( (en) projektivitásokat) lineáris algebra határozhatja meg: a 3. dimenzió vektorterének lineáris térképeiből adódó hányadossal való áthaladással . Az axiomatikus keretben azonban közvetlenül bevezethető, olyan projektív transzformációk részeként , amelyek perspektívái vagy központi vetületei az egyik vonalról a másikra.
A harmonikus négyeseket illetően Désargues axióma lehetővé teszi legalább két tétel bebizonyítását.
Ha egy négyes harmonikus, akkor van még legalább egy teljes négyszög, amely megfelel annak a négyesnek. (bal oldali ábra) - Vegyük figyelembe a Q1 Q2 Q3 Q4 négyzetet, amely a harmonikus {Q1Q3, Q2Q4, D2, D3} négyzet meghatározására szolgál. Felépíthetünk egy másik teljes, ugyanolyan tulajdonságú négyszöget, ha megrajzoljuk a tetszőleges Q5Q6 egyeneset, amely áthalad a D2-n, majd a Q3Q6 és Q4Q5 egyenesek D3 'metszéspontján, majd a Q7 és Q8 metszéspontokon. A demonstráció Désargues axiómáját használja egymás után kétszer. A D3Q1Q2 és D3'Q5Q6 háromszögekben a D2, Q3, Q4 kereszteződések egymáshoz igazodnak, tehát a Désargues kettős szerint a D3D3 ', Q1Q5 és Q2Q6 sugarak egyidejűek, tehát D1 D3 D3' igazodnak. Ekkor a Q3Q4D3 'és Q7Q8D3 háromszögek argentin perspektivikus helyzetben vannak, következésképpen a homológ oldalak metszéspontjai egymáshoz igazodnak: Q5Q6 és Q7Q8 metszi a D2 pontot. Következésképpen a Q5Q6Q7Q8 négyszögnek 2 átlós D2 és D3 pontja van, amelyek harmonikusak a Q1Q3 és Q2Q4 két oldallal, ami a kiindulási négyzet.A második tétel, a jobb oldali ábra a következőképpen van megfogalmazva: Legyen egy harmonikus négyes {Q1Q3, Q2Q4, D2, D3} és D5 bármely pont, kivéve D1 a D3D1 vonalon. Ekkor a négyes {Q1Q3, Q2Q4, D2, D3} is harmonikus. A bizonyítást Désargues axiómájának a Q3Q4D3 és Q9Q10D5 háromszögekre történő alkalmazásával végezzük. Ez a tétel nagyon hasznos, kifejezi, hogy egy harmonikus négyesben csúsztathatjuk az egyes vonal azon pontjait, amelyek összekapcsolódnak az oldalvonal tetején.A vetítő beesési sík (PPI) 2 elemi egydimenziós konfigurációja: az egyenes, az igazított pontok halmaza, valamint a „nyaláb”, a vonalak halmaza, amelyek egy ponton párhuzamosak.
Ezután tanulmányozhatjuk a „kúpnyalábot”, egy olyan kúpkészletet, amelynek 4 közös pontja van stb.Az öröklési jog a szempontból a reneszánsz érdemes tanulmányozni bizonyos átalakítások, például a transzformációk egy irányítása pont egy másik összehangolása pontokat, amelyek úgynevezett egydimenziós transzformációk . Például egy vonal elemi vetítése a másikra, a transzformáció két lépésben, a transzformáció két lépésben, amikor a 3 vonal egyidejű, az átalakítás N lépésben. Melyek egy ilyen átalakulás invariánsai, milyen axiómák nélkülözhetetlenek?
Amikor egy lépésben egydimenziós transzformációt hajtunk végre N lépésben, és visszatérünk a kiindulási vonalra, milyen feltételek vannak ahhoz, hogy ez az átalakítás az összes pontot fixen hagyja?
A 2. dimenziós síkon figyelembe vesszük a kétdimenziós transzformációkat is, amelyek a sík egy pontját a sík másik pontjává alakítják. Közülük azok, amelyek megőrzik a pontok igazodását; megtartják a vonalak konvergenciáját is? Közülük azok, amelyek elhagyják, csak egy adott vonal pontjait rögzítik, úgynevezett dilatációkat. Hogyan egyesülnek ezek a különböző transzformációk, belső kompozíciótörvényük felfedi-e monoid vagy csoport struktúrákat , vajon 2 transzformáció szorzata mindig kommutatív?
Ezt a tételt a következőképpen fogalmazzák meg:
Az alapvető projektív sík (PPF) a pappusi (PPP).Megfelelően megválasztott egydimenziós identitástranszformáció segítségével bizonyítják.
Az alapvető projektív sík (PPF) egy proaktív sík, amely kielégíti a projektív geometria alapvető axiómáját, tehát összesen az axiómák:
Ezt a tételt a következőképpen fogalmazzák meg:
A homogén projektív sík (PPH) alapvető (PPF).Megjegyzés : ez a tétel a kommutatív K algebrai tulajdonságait használja .
Homogén bizonyítás - alapvetőHomogén PP-ben egy olyan vonal egydimenziós projektív transzformációját tekintjük, amelynek három rögzített pontja van. Ez egydimenziós projektív identitás?
Legyen az (u; v; w) egyenes P1 = [wD; mi; - (uD + vE)], P2 = [wL; wM; - (uL + vM)], P3 = [w (D + hL); w (E + hM); - (uD + vE) -h (uL + vM)] és egy általános dimenziójú T egydimenziós projektív transzformáció (esetben, ha w nem nulla): Az a kifejezés, hogy a három P1, 2 és 3 pont rögzül, három egyenlethez vezet, amelyek ismeretlenek abca 'b' c ': Melyek vezetnek az első lépésben azzal, hogy homogenitás okán két tetszőleges k ^ 3, g = 1 számot teszünk fel 4 új egyenletbe, ahol a 3 pont koordinátáinak változói (DELM h) kiküszöbölődnek: . Ami meghatározza a ca 'b' c 'paramétereket Ezután felírjuk azt az átalakulást, amely a három rögzített pontot a vonalon tartja: Az érintett egyenes bármely pontja P = [wX; wY; - (uX + vY)] és ellenőrizzük, hogy N * P = w * k ^ 3 * g * P, ezért az egyenes minden pontja rögzül. Ez az azonosság-transzformáció (N) ezen a vonalon; következésképpen a homogén sík tiszteletben tartja az alapvető projektív sík alapvető axiómáját. Így bebizonyosodott, hogy "a homogén projektív sík (PPH) alapvető (PPF)".Megjegyzés: miután ezt a tételt feltétlenül egy analitikai geometria módszerrel mutatták be, a projektív geometria vizsgálatának szinte minden további elemezhető számítások nélkül elvégezhető.
Ezen a ponton bevezethetjük a kúpokat . A kúpos megközelítés Pascal tételén alapulhat. A kúpok számos meghatározása elfogadható:
Felvehetjük az axiomatikus fegyelmet.
Ha megfigyeljük a Désargues konfigurációját, azt látjuk, hogy 4 pár háromszög hozható létre. Az ABC-A'B'C 'mellett, amelyen megszoktuk dolgozni, van még ABC'-A'B'C, AB'C'-A'BC és AB'C-A'BC', amelyek 3 új Désargues-vonal, ezért teljes négyszög; ráadásul ugyanaz a kombinatív vizsgálat, amelyet a kettős tételen végeztek, 4 háromszöghez vezet, amelyek az O pont mellett további 3 másik oldalsó konvergenciapontot adnak, tehát teljes négyszöget kapnak. Milyen tulajdonságai vannak ennek a négyszögnek és ennek a négyszögnek, hogyan vezethetők le egymásból? A Pappus konfigurációja erősebb permutációt kínál ; 6 nem degenerált hexagramm van (A1 C2 B1 A2 C1 B2, szemben húzva; A1 C2 B1 B2 C1 A2; A1 B2 B1 C2 C1 A2; A1 B2 B1 A2 C1 C2; A1 A2 B1 B2 C1 C2; A1 A2 B1 C2 C1 B2;), tehát 6 sor Pappus. Milyen tulajdonságai vannak ennek a 6 vonalnak? Valójában megmutathatjuk, hogy két 3 csoportban egyidejűek. De milyen minimális axiómákra van szükségünk ennek a tulajdonságnak a bizonyításához? A projektív geometria alapvető axiómája elengedhetetlen? Elég lenne Désargues axiómája? Ami Pascal hexagrammát illeti, a XIX. E század sok matematikusa a 6 pont menetének különböző permutációit vizsgálta. Különösen Bauer , katalán , Cayley , Fontaneau , Gräfe , Grossmann , Hesse , Jörres , Kirkman , Ladd-Franklin-Christine , Little , Lüroth , Meyer , Molk , Plücker , Salmon , Jakob Steiner , Veronese-G. , von Staudt . 6 ponttal 60 hatszögletű utat tehetünk meg, tehát 60 Pascal vonalat. Milyen tulajdonságai vannak ennek a 60 vonalnak, hogyan rendeződnek kereszteződéseik a síkban? Mi a kapcsolat a 60 Brianchon-ponttal, amelyet mindketten figyelembe vehetünk? Például Steiner kimutatta, hogy 3-3 egyidejűek, így 20 „Steiner-pont”.