Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

17.2: Проективна модель

Наступна картинка ілюструє карту,PˆP описану в попередньому розділі — якщо ви зробите знімок ліворуч і застосуєте картуPˆP, ви отримаєте зображення праворуч. Картинки є конформною та проективною моделями гіперболічної площини відповідно. КартаPˆP - це «переклад» з одного на інший.

2021-03-01 пнг

У проективній моделі все виглядає інакше; одні стають простішими, інші ускладнюються.

Лінії

h-лінії в проективній моделі є акордами абсолюту; точніше, акорди без його кінцевих точок.

Це спостереження може бути використано для перенесення тверджень про лінії та точки з евклідової площини на h-площину. Як приклад наведемо гіперболічну версію теореми Паппуса для h-площини.

Теорема17.2.1 Hyperbolic Pappus' theorem

Припустимо, що дві трійки h-точокA,BC, і,AB,C в h-площині є h-колінеарними. Припустимо, що h-точкиXY, іZ визначаються

X=(BC)h(BC)h,Y=(CA)h(CA)h,Z=(AB)h(AB)h.

Тоді точкиX,Y,Z h-колінеарні.

У проективній моделі це твердження випливає відразу з оригінальної теореми Паппуса 15.6.2. Те ж саме можна зробити і для теореми Десарьє 15.6.1. Цей же аргумент показує, що побудова дотичної лінії з лінійкою, описаної лише у вправі 15.8.2, працює і в h-площині.

З іншого боку, зауважте, що довести це твердження за допомогою конформної моделі зовсім непросто.

Кола і рівновіддалені

H-кола та рівновіддалені в проективній моделі є певним типом еліпсів та їх відкритими дугами.

Випливає, оскільки стереографічна проекція посилає кола на площині до кіл на одиничній сфері, а проекція точки стопи кола назад на площину є еліпсом. (Можна визначити еліпс як проекцію точки стопи кола.)

Відстань

Розглянемо пару h-точокP іQ. ABДозволяти і бути ідеальною точкою h-лінії в проективній моделі; тобтоA іB є перетинами евклідової лінії(PQ) з абсолютом.

Тоді Лемма 17.1.1,

припускаючи, що точкиA,P,Q,B з'являються на лінії в тому ж порядку.

2021-03-01 пнг

Кути

Кутові заходи в проективній моделі сильно відрізняються від евклідових кутів, і це важко зрозуміти, дивлячись на картину. (Ідея, описана в розв'язанні вправи 16.3.1 та в ескізі доказу теореми 19.4.1, може бути використана для побудови багатьох проективних перетворень цього типу.) Наприклад, всі пересічні h-лінії на малюнку перпендикулярні.

Є два корисних винятку:

  • OЯкщо центр абсолюту, тоhAOB=AOB.
  • ЯкщоO центр абсолюту іOAB=±π2, то

hOAB=OAB=±π2.

Щоб знайти міру кута в проективній моделі, ви можете застосувати рух h-площини, яка переміщує вершину кута до центру абсолюту; як тільки це буде зроблено, гіперболічний та евклідовий кути мають однакову міру.

Рухи

Рухи h-площини в конформній та проективній моделям однаково актуальні для інверсивних перетворень та проективного перетворення. А саме:

  • Інверсивні перетворення, що зберігають h-площину, описують рухи h-площини в конформній моделі.
  • Проективні перетворення, що зберігають h-площину, описують рухи h-площини в проективній моделі. 1

Наступна вправа - гіперболічний аналог вправи 16.5.1. Це перший приклад твердження, яке допускає більш легкий доказ за допомогою проективної моделі.

Вправа17.2.1

ДозволятиP іQ бути точки в h-площині, які лежать на однаковій відстані від центру абсолюту. Зверніть увагу, що в проективній моделі h-середня точка[PQ]h збігається з серединою Евкліда[PQ]h.

Зробіть висновок, що якщо h-трикутник вписаний в h-коло, то його медіани зустрічаються в одній точці.

Нагадаємо, що h-трикутник може бути також вписаний в гороцикл або рівновіддалений. Подумайте, як довести заяву в цьому випадку.

Підказка

Спостереження слід, оскільки відображення через перпендикулярну бісектрису[PQ] - це рух евклідової площини, а також рух h-площини. Без втрати спільності можна вважати, що центр окружності збігається з центром абсолюту. При цьому h-медіани трикутника збігаються з евклідовими медіанами. Залишилося застосувати теорему 8.3.1.

2021-03-01 пнг

Вправа17.2.2

mДозволяти і є h-лініями в проективній моделі. Нехайs іt позначають евклідові лінії дотичні до абсолюту в ідеальних точках. Покажітьs, що якщо лініїt і розширенняm перетинаються в одній точці, то іm є перпендикулярними h-лініями.

2021-03-01 пнг

Підказка

Нехайˆ іˆm позначають h-лінії в конформної моделі, які відповідають іm. Потрібно показати, щоˆˆm як дуги в евклідовій площині.

ТочкаZ, деs зустрічаєтьсяt, є центром кола,Γ що міститьˆ.

Якщоˆm проходить черезZ, то інверсія вΓ обмін на ідеальні точкиˆ. Зокрема,ˆ карти до себе. Звідси і результат.

Вправа17.2.3

Використовуйте проективну модель для отримання формули кута паралелізму (Пропозиція 13.1.1).

Підказка

2021-03-01 1.52.12.пнг

QДозволяти бути точка стопиP на лінії іφ бути кут паралелізму. Можна припустити, щоP це центр абсолюту. ТомуPQ=cosφ і

PQh=12ln1+cosφ1cosφ.

Вправа17.2.4

Використовуйте проективну модель, щоб знайти радіус ідеального трикутника.

Підказка

Застосовуйте вправу17.2.3 дляφ=π3.

Проективна модель h-площини може бути використана для отримання ще одного доказу гіперболічної теореми Піфагора (теорема 13.6.1).

Спочатку нагадаємо його твердження:

coshc=coshacoshb,

деa=BChb=CAh,c=ABh іhACB - h-трикутник з прямим кутом вC.

2021-03-01 пнг

Зверніть увагу, що можна вважати, щоA це центр абсолюту. Набірs=BC,t=CA,u=AB. Відповідно до теореми Евклідова Піфагора (Теорема 6.2.1) ми маємо

u2=s2+t2.

Залишається висловитиab, іc використовуючиs,t і показатиu, що 17.2.3 має на увазі 17.2.2.

Розширені вправи17.2.5

Завершіть доказ гіперболічної теореми Піфагора (теорема 13.6.1), зазначеної вище.

Підказка

Зауважтеb=12ln1+t1t, що, отже,

coshb=12(1+t1t+1t1+t)=11t2.

Таким же чином ми отримуємо, що

coshc=11u2.

НехайX іY є ідеальними точками(BC)h. Застосовуючи теорему Піфагора (теорема 6.2.1) знову, отримуємо цеCX=CY=1t2. Тому,

a=12ln1t2+s1t2s,

і

cosha=12(1t2+s1t2s+1t2s1t2+s)=1t21t2s2=1t21u2.

Нарешті, зауважте, що 17.2.5, 17.2.6 та 17.2.7 передбачають теорему.