Аффинные преобразования плоскости. Виды аффинных преобразований. Классификация аффинных преобразований. Группа аффинных преобразований и ее подгруппы.
Лекция №17
Определение 17.1. Преобразование плоскости называется аффинным, если оно любые три точки М , М
, М
, лежащие на одной прямой, переводит в три точки М`
, М`
, М`
, также лежащие на одной прямой, при этом сохраняя простое отношение трех точек.
Преобразование подобия является аффинным преобразованием.
Лемма 17.2. Если аффинные преобразования f и f
переводят две точки
и
соответственно в точки
, то образы точки М при этих преобразованиях совпадают, где
- любая точка прямой АВ.
Доказательство:
1) Пусть М - произвольная точка прямой AB , отличная от точек A и В, а ,
. Докажем, что
.
2) Так как f и f
- аффинные преобразования, то сохраняются простые отношения точек, т.е.
3) Значит,
или точка
совпадает с точкой
.
Теорема 17.3. Пусть даны два репера и R`(A`,B`,C`). Тогда существует единственное аффинное преобразование, переводящее R в R` такое, что любая точка М (x, у) репера R переходит в точку M`(x, y) репера R`.
Доказательство:
1.Покажем, что существует аффинное преобразование f, переводящее R в R`:
o Построим отображение f таким образом, что произвольной точке М (x, y) поставим в соответствие точку М`
(x, y). Такое отображение взаимно однозначно, а значит, оно является преобразованием.
o Покажем, что f – аффинное преобразование.
Пусть М , М
, М принадлежат реперу R, причем:
,
,
Имеем, что простые отношения точек в различных реперах равны, значит f – аффинное преобразование.
2.Докажем единственность.
o Пусть существует аффинное преобразование f , переводящее R в R`.
Пусть М – произвольная точка плоскости. Через точку М проведем прямую так, чтобы она пересекала какие-нибудь две из прямых AB, ВС, АС в различных точках N и P. По лемме 17.2 получаем f(N) = f (N), f(P) = f
(P) . Отсюда, используя лемму 17.2, имеем: f(M) = f
(M) .
o Таким образом, отображения f и f
совпадают, т.е. f – единственное аффинное преобразование.
Следствие 17.4.Если точки А, B, C не лежат на одной прямой и являются неподвижными точками аффинного преобразования, то такие точки тождественны.
Свойства аффинного преобразования:
o Аналогичны свойствам движения (без флага).
o Любое аффинное преобразование либо сохраняет, либо меняет ориентацию плоскости.
Аналитические выражения аффинного преобразования
Исходя из формул преобразования аффинной системы координат, имеем:
Если определитель системы > 0, то реперы R и R`, рассматриваемые при аффинном преобразовании, одинаково ориентированы и аффинное преобразование является преобразованием первого рода. В противном случае, реперы противоположно ориентированы и аффинное преобразование есть преобразование второго рода.
Определение 17.5. Нетождественное аффинное преобразование называется перспективно – аффинным (родственным) преобразованием (родством), если оно имеет, по крайней мере, две неподвижные точки.
- аналитические выражения перспективно-аффинного преобразования
Свойства перспективно-аффинного преобразования:
1. Любая точка прямой, проходящей через две неподвижные точки перспективно-аффинного преобразования, является неподвижной;
2. Прямые, соединяющие соответственные точки родства, не лежащие на его оси, параллельны или совпадают;
3. Если прямая пересекает ось родства в некоторой точке, то ее образ проходит через эту точку;
4. Если прямая параллельна оси родства, то ее образ также параллелен оси.