feat(geometria2/scheda): riferimenti proiettivi, coordinate omogenee, teorema fondamentale

main
parent 889ec314fc
commit 25cded33d3

@ -111,7 +111,8 @@
\textbf{trasformazione proiettiva} se è tale per cui esiste un'applicazione \textbf{trasformazione proiettiva} se è tale per cui esiste un'applicazione
lineare $\varphi \in \Ll(V, W)$ che soddisfa la seguente identità: lineare $\varphi \in \Ll(V, W)$ che soddisfa la seguente identità:
\[ f([\v]) = [\varphi(\w)], \] \[ f([\v]) = [\varphi(\w)], \]
dove con $[\cdot]$ si denota la classe di equivalenza in $\PP(V)$. dove con $[\cdot]$ si denota la classe di equivalenza in $\PP(V)$. Si scrive
in questo caso che $[\varphi] = f$.
Una trasformazione proiettiva invertibile da $\PP(V)$ in $\PP(W)$ Una trasformazione proiettiva invertibile da $\PP(V)$ in $\PP(W)$
si dice \textbf{isomorfismo proiettivo}. Una si dice \textbf{isomorfismo proiettivo}. Una
trasformazione proiettiva da $\PP(V)$ in $\PP(V)$ si dice trasformazione proiettiva da $\PP(V)$ in $\PP(V)$ si dice
@ -135,7 +136,9 @@
Poiché allora nelle proiettività di $V$ esiste un'identità, un inverso e vale Poiché allora nelle proiettività di $V$ esiste un'identità, un inverso e vale
l'associatività nella composizione, si definisce $\PPGL(V)$ come il gruppo delle l'associatività nella composizione, si definisce $\PPGL(V)$ come il gruppo delle
proiettività di $V$ rispetto alla composizione. proiettività di $V$ rispetto alla composizione. In particolare si pone la
seguente definizione
\[ \PPGL_{n+1}(\KK) := \PPGL(\KK^{n+1}). \]
Sono inoltre equivalenti i seguenti fatti: Sono inoltre equivalenti i seguenti fatti:
@ -158,6 +161,81 @@
(il polinomio caratteristico di $\varphi$ ha tutte le radici in $\KK$). (il polinomio caratteristico di $\varphi$ ha tutte le radici in $\KK$).
\end{itemize} \end{itemize}
\subsection{Riferimenti proiettivi, teorema fondamentale della geometria proiettiva
e coordinate omogenee}
Più punti $P_1$, ..., $P_k$ si dicono \textbf{indipendenti} se e solo se
i vettori delle loro classi di equivalenza sono tra di loro linearmente indipendenti.
In particolare, $P_1$, ..., $P_k$ sono indipendenti se e solo se
$\dim L(P_1, \ldots, P_k) = k-1$. Analogamente al caso vettoriale, se $\dim \PP(V) = n$,
presi più di $n+1$ punti, questi sono sicuramente non indipendenti. \medskip
Un insieme $\{P_1, \ldots, P_k\}$ si dice \textit{in posizione generale} se e solo se
ogni suo sottoinsieme di $h \leq n+1$ punti è indipendente. Se $k \leq n+1$, un
insieme è in posizione generale se e solo se è indipendente. Altrimenti, l'insieme
è in posizione generale se ogni sottoinsieme di $n+1$ punti è indipendente. \medskip
Si dice \textbf{riferimento proiettivo} una qualsiasi $(n+2)$-upla di punti
$P_1$, ..., $P_{n+2}$ in posizione generale. In particolare, si dice che i punti
$P_1$, ..., $P_{n+1}$ sono i \textbf{punti fondamentali} del riferimento, mentre
$P_{n+2}$ è il \textbf{punto unità}. Una base $\basis = \{\vv 1, \ldots, \vv{n+1}\}$
di $V$ si dice \textbf{base normalizzata} rispetto a $P_1$, ..., $P_{n+2}$ se:
\[ P_i = [\vv i] \, \forall i \leq n+1 \qquad P_{n+2} = [\vv 1 + \ldots + \vv n]. \]
Una base normalizzata per $R$ esiste sempre ed
è unica a meno di \textit{riscalamento simultaneo}
(ossia a meno di moltiplicare ogni vettore della base per uno stesso $\lambda \in \KK^*$). In particolare, se $P_i = [\vv i]$ con $i \leq n+1$ e
$P_{n+2} = [\v]$, dacché $\{\vv 1, \ldots, \vv {n+1}\}$ è una base di $V$
esistono $\alpha_i \in \KK$ per cui:
\[ \v = \alpha_1 \vv 1 + \ldots + \alpha_{n+1} \vv{n+1}, \]
con $\alpha_i \neq 0$ (altrimenti si avrebbero $n+1$ vettori linearmente
dipendenti, contraddicendo la posizione generale). Allora
$\{\alpha_1 \vv 1, \ldots, \alpha_{n+1} \vv {n+1}\}$ è una base normalizzata
per il riferimento proiettivo. \medskip
Sia d'ora in poi $R = \{P_1, \ldots, P_{n+2}\}$ un riferimento proiettivo e
$\basis = \{\vv 1, \ldots, \vv{n+1}\}$ una base normalizzata rispetto ad $R$.
Se $f = [\varphi]$, $g = [\psi]$ sono trasformazioni da $\PP(V)$ in $\PP(W)$, sono equivalenti i seguenti fatti:
\begin{itemize}
\item $\varphi = \lambda \psi$ per $\lambda \in \KK^*$,
\item $f = g$,
\item $f(P_i) = g(P_i)$ per $1 \leq i \leq n+2$.
\end{itemize}
Come conseguenza di questo fatto, vale che:
\[ \PPGL(V) \cong GL(V) \quot N, \]
dove $N = \{ \lambda \Id_V \mid \lambda \in \KK^* \}$ (è sufficiente
considerare l'omomorfismo $\zeta : GL(V) \to \PPGL(V)$ tale per cui
$f \xmapsto{\zeta} [f]$).
Il \textbf{teorema fondamentale della geometria proiettiva}
asserisce che se $R = \{P_1, \ldots, P_{n+2}\}$ e $R' = \{Q_1, \ldots, Q_{m+2}\}$ sono
due riferimenti proiettivi di $V$ e $W$ e vale che $\dim \PP(W) \geq \dim \PP(V)$,
allora, per ogni scelta di $n+2$ punti $Q_1'$, ..., $Q_{n+2}'$ da $R'$, esiste
un'unica trasformazione proiettiva tale per cui:
\[ f(P_i) = Q_i' \, \forall 1 \leq i \leq n+2. \]
Se $n=m$, il teorema asserisce semplicemente che esiste un'unica trasformazione
che mappa ordinatamente $R$ in $R'$. \medskip
Si può costruire su $R$ un sistema di coordinate, dette \textbf{coordinate omogenee},
per cui $P = [a_1, \ldots, a_n] = [a_1 : \cdots : a_n]$ se e solo se
$P = [a_1 \vv 1 + \ldots + a_{n+1} \vv n]$ dove $\basis = \{\vv 1, \ldots, \vv{n+1}\}$
è una base normalizzata associata a $R$. Per $\PP^n(\KK)$, si definisce il
\textit{riferimento standard} come il riferimento dato da
$[\e1]$, ..., $[\e{n+1}]$ e $[\e1 + \ldots + \e{n+1}]$. In tal caso vale
la seguente identità:
\[ [a_1, \ldots, a_n] = [(a_1, \ldots, a_n)]. \]
Si osserva che $[0, \ldots, 0]$ non è mai associato a nessun punto e che due punti
hanno le stesse coordinate in un riferimento proiettivo a meno di riscalamento
di tutte le coordinate per uno stesso $\lambda \in \KK^*$.
\vfill \vfill
\hrule \hrule
~\\ ~\\

Loading…
Cancel
Save