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fix: elimina gli appunti incompleti
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\documentclass[12pt]{scrartcl}
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\usepackage{notes_2023}
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\begin{document}
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%\title{}
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%\maketitle
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\begin{definition}[prodotto scalare standard in $\RR^n$]
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Si definisce \textbf{prodotto scalare} (standard)
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la forma bilineare simmetrica definita
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positiva di $\RR^n$ la cui matrice associata nella
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base canonica di $\RR^n$ è l'identità. In particolare
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vale che:
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\[ v \cdot w = \sum_{i=1}^n v_i w_i. \]
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\end{definition}
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\begin{remark}
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Dall'Algebra lineare, ogni iperpiano $P$ di $\RR^{n}$ è
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rappresentabile tramite traslazione di una giacitura che è ortogonale rispetto a una retta,
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ossia esistono sempre $c \in \RR$ e $v \in \RR^{n}$ tale per cui:
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\[ x \in P \iff x \cdot v = c. \]
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\end{remark}
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\begin{definition}[derivata direzionale]
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Dati $x_0 \in \RR^n$, $f : \RR^n \to \RR$, e
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$v \in \RR^n$, definisco la \textbf{derivata direzionale}
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come:
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\[ \frac{\partial f}{\partial v}(x_0) = \lim_{\eps \to 0} \frac{f(x + \eps v) - f(x)}{\eps}. \]
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\end{definition}
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\begin{remark}
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Si osserva che vale la seguente identità:
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\[ \frac{\partial f}{\partial \lambda v} = \lambda \frac{\partial f}{\partial v}, \]
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e che se $v = 0$, allora la derivata direzionale vale
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sempre $0$.
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\end{remark}
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\begin{remark}
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Non vale la linearità sui vettori della derivata
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direzionale, ossia, in generale, vale che:
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\[ \frac{\partial f}{\partial (v + w)} \neq \frac{\partial f}{\partial v} + \frac{\partial f}{\partial w}. \]
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Se infatti si definisce $f$ tale per cui:
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\[ f(x, y) = \begin{cases}
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\frac{x^2 y}{x^2 + y^2} & (x, y) \neq 0,
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\\ 0 & (x, y) = 0,
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\end{cases} \]
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allora $\frac{\partial f}{\partial e_1}(0) =
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\frac{\partial f}{\partial e_2}(0) = 0$, ma
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$\frac{\partial f}{\partial (1,1)}(0) = \frac{1}{2}$.
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\end{remark}
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\begin{remark}
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Trovando un'analogia con $\RR$, vale la seguente identità:
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\[ f(x_0 + \eps v) = f(x_0) + \eps \frac{\partial f}{\partial v}(x_0) + o(\abs{\eps v}). \]
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In particolare si osserva che l'$o$-piccolo dipende dal
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vettore direzionale scelto.
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\end{remark}
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\begin{definition}[derivata parziale]
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Si definisce \textbf{derivata parziale} rispetto a
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$x_i$, la derivata direzionale rispetto al vettore
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$e_i$, e si indica con:
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\[ \frac{\partial f}{\partial x_i} := \frac{\partial f}{\partial e_i} \]
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\end{definition}
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\begin{remark}
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Se $\frac{\partial f}{\partial v}$ fosse lineare su $v$,
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allora si potrebbe riscrivere la derivata direzionale come:
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\[ \frac{\partial f}{\partial v} = \nabla \! f \, v, \quad
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\nabla f = \left(\frac{\partial f}{\partial x_1} \cdots \frac{\partial f}{\partial x_n}\right), \]
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dove $\nabla f$ è così composto perché in ogni colonna
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raccoglie la sua valutazione nella base canonica, ossia
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le derivate parziali.
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\end{remark}
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\begin{definition}[gradiente di $f$]
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Si definisce \textbf{gradiente} di una funzione $f : \RR^n \to \RR$ il vettore:
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\[ \nabla f = \left(\frac{\partial f}{\partial x_1} \cdots \frac{\partial f}{\partial x_n}\right). \]
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\end{definition}
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\begin{definition}[differenziabilità]
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Si dice che $f$ è \textbf{differenziabile} se esiste
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$\omega \in \RR^n$ tale per cui:
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\[ f(x) = f(x_0) + (x-x_0) \cdot \omega + o(\abs{x-x_0}). \]
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||||
In tal caso si dice che $\omega$ è il suo \textbf{differenziale} e si indica con $Df(x_0)$.
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\end{definition}
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\end{document}
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Binary file not shown.
@ -1,247 +0,0 @@
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\documentclass[10pt,landscape]{article}
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{ \geometry{top=.5in,left=.5in,right=.5in,bottom=.5in} }
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|
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|
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}
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%\pagestyle{empty}
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\makeatletter
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\renewcommand{\section}{\@startsection{section}{1}{0mm}%
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{-1ex plus -.5ex minus -.2ex}%
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{0.5ex plus .2ex}%x
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{\normalfont\large\bfseries}}
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\renewcommand{\subsection}{\@startsection{subsection}{2}{0mm}%
|
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{-1explus -.5ex minus -.2ex}%
|
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|
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|
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|
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\setcounter{secnumdepth}{0}
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% -----------------------------------------------------------------------
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||||
\title{Scheda riassuntiva di Geometria 2}
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\begin{document}
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\parskip=0.7ex
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\raggedright
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\footnotesize
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\begin{center}
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||||
\Large{\textbf{Scheda riassuntiva di Geometria 2}} \\
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||||
\end{center}
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||||
\begin{multicols}{3}
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\setlength{\premulticols}{1pt}
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\setlength{\postmulticols}{1pt}
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||||
\setlength{\multicolsep}{1pt}
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\setlength{\columnsep}{2pt}
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\section{Geometria proiettiva}
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\subsection{Spazi e trasformazioni proiettive}
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Sia $\KK$ un campo e sia $V$ uno spazio proiettivo. Sia $\sim$ la seguente
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relazione di equivalenza su $V \setminus \zerovecset$ tale per cui
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\[ \v \sim \w \defiff \exists \lambda \in \KK^* \mid \v = \lambda \w. \]
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Allora si definisce lo \textbf{spazio proiettivo} associata a $V$, denotato
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con $\PP(V)$, come:
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\[ \PP(V) = V \setminus \zerovecset \quot \sim. \]
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In particolare esiste una bigezione tra gli elementi dello spazio proiettivo
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e le rette di $V$ (i.e.~i sottospazi di $V$ con dimensione $1$). Si definisce
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la \textit{dimensione} di $\PP(V)$ come:
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\[ \dim \PP(V) := \dim V - 1. \]
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Gli spazi proiettivi di dimensione $1$ sono detti \textit{rette proiettive},
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mentre quelli di dimensione $2$ \textit{piani}. Si dice
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\textbf{spazio proiettivo standard di dimensione $n$} lo spazio proiettivo
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associato a $\KK^{n+1}$, e viene denotato come $\PP^n(\KK) := \PP(\KK^{n+1})$.
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Si indica con $\pi$ la proiezione al quoziente tramite $\sim$, ossia:
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\[ \pi(W) = \{ [\w] \mid \w \in W \}. \]
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Si dice \textbf{sottospazio proiettivo} un qualsiasi sottoinsieme $S$ di $\PP(V)$
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tale per cui esista un sottospazio vettoriale $W$ di $V$ tale per cui
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$S = \pi(W \setminus \zerovecset)$, e si scrive $S = \PP(W)$, con:
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\[ \dim S = \dim W - 1. \]
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In particolare, tramite $\pi$ si descrive una bigezione tra i sottospazi vettoriali di
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$V$ e i sottospazi proiettivi di $\PP(V)$. \medskip
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L'intersezione di sottospazi proiettivi è ancora un sottospazio proiettivo ed
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è indotto dall'intersezione degli spazi vettoriali che generano i singoli
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sottospazi proiettivi. Pertanto, se $F \subseteq \PP(V)$, è ben definito
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il seguente sottospazio:
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\[ \displaystyle L(F) = \bigcap_{\substack{F \subseteq S_i \\ S_i \text{\;ssp. pr.}}} S_i, \]
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ossia l'intersezione di tutti i sottospazi proiettivi che contengono $F$.
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Si scrive $L(S_1, \ldots, S_n)$ per indicare $L(S_1 \cup \cdots \cup S_n)$.
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Se $S_1 = \PP(W_1)$, ..., $S_n = \PP(W_n)$, allora vale che:
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\[ L(S_1, \ldots, S_n) = \PP(W_1 + \ldots + W_n). \]
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Vale pertanto la \textbf{formula di Grassmann proiettiva}:
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\[ \dim L(S_1, S_2) = \dim S_1 + \dim S_2 - \dim (S_1 \cap S_2). \]
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Allora, se $\dim S_1 + \dim S_2 \geq \dim \PP(V)$ (si osservi che è
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$\geq$ e non $>$ come nel caso vettoriale, dacché un sottospazio di dimensione
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zero è comunque un punto in geometria proiettiva), vale necessariamente
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che:
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\[ S_1 \cap S_2 \neq \emptyset, \]
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infatti $\dim S_1 \cap S_2 = \dim S_1 + \dim S_2 - \dim L(S_1, S_2) \geq
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\dim S_1 + \dim S_2 - \dim \PP(V) \geq 0$. In particolare, in $\PP^2(\KK)$,
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questo implica che due rette proiettive distinte si incontrano sempre in un unico
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punto (infatti $1+1\geq2$).
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Sia $W$ uno spazio vettoriale. Una mappa $f : \PP(V) \to \PP(W)$ si dice
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\textbf{trasformazione proiettiva} se è tale per cui esiste un'applicazione
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lineare $\varphi \in \Ll(V, W)$ che soddisfa la seguente identità:
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\[ f([\v]) = [\varphi(\w)], \]
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dove con $[\cdot]$ si denota la classe di equivalenza in $\PP(V)$. Si scrive
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in questo caso che $[\varphi] = f$.
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Una trasformazione proiettiva invertibile da $\PP(V)$ in $\PP(W)$
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si dice \textbf{isomorfismo proiettivo}. Una
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trasformazione proiettiva da $\PP(V)$ in $\PP(V)$ si dice
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\textbf{proiettività}.
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\begin{itemize}
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\item Se $f$ è una trasformazione proiettiva, allora $\varphi$ è necessariamente
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iniettiva (altrimenti l'identità non sussisterebbe, dacché $[\vec 0]$ non
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esiste -- la relazione d'equivalenza $\sim$ è infatti definita su $V \setminus
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\zerovecset$).
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\item Allo stesso tempo, un'applicazione lineare $\varphi$ iniettiva induce
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sempre una trasformazione proiettiva $f$,
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\item Se $f$ è una trasformazione proiettiva, allora $f$ è in particolare anche
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iniettiva (infatti $[\varphi(\v)] = [\varphi(\w)] \implies \exists \lambda \in \KK^* \mid \v = \lambda \w \implies \v \sim \w$),
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\item La composizione di due trasformazioni proiettive è ancora una
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trasformazione proiettiva ed è indotta dalla composizione delle app.
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lineari associate alle trasformazioni di partenza,
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\item L'identità $\Id$ è una proiettività di $\PP(V)$, ed è indotta
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dall'identità di $V$.
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\end{itemize}
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Poiché allora nelle proiettività di $V$ esiste un'identità, un inverso e vale
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l'associatività nella composizione, si definisce $\PPGL(V)$ come il gruppo delle
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proiettività di $V$ rispetto alla composizione. In particolare si pone la
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seguente definizione
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\[ \PPGL_{n+1}(\KK) := \PPGL(\KK^{n+1}). \]
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Sono inoltre equivalenti i seguenti fatti:
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\begin{enumerate}[(i)]
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\item $f$ è surgettiva,
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\item $f$ è bigettiva,
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\item $\dim \PP(V) = \dim \PP(W)$,
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\item $f$ è invertibile e $f\inv$ è una trasformazione proiettiva.
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\end{enumerate}
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In particolare $\varphi\inv$ induce esattamente $f\inv$.
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\begin{itemize}
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\item I punti fissi di $f$ sono indotti esattamente dalle rette di autovettori
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di $\varphi$ (infatti $\varphi(\v) = \lambda \v \implies f([\v]) = [\v]$),
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\item In particolare, $f \in \PPGL(\PP^n(\RR))$ ammette sempre un punto
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fisso se $n$ è pari (il polinomio caratteristico di $\varphi$ ha grado
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dispari, e quindi ammette una radice in $\RR$),
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\item Se $\KK$ è algebricamente chiuso, $f$ ammette sempre un punto fisso
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(il polinomio caratteristico di $\varphi$ ha tutte le radici in $\KK$).
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\end{itemize}
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\subsection{Riferimenti proiettivi, teorema fondamentale della geometria proiettiva
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e coordinate omogenee}
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Più punti $P_1$, ..., $P_k$ si dicono \textbf{indipendenti} se e solo se
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i vettori delle loro classi di equivalenza sono tra di loro linearmente indipendenti.
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In particolare, $P_1$, ..., $P_k$ sono indipendenti se e solo se
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$\dim L(P_1, \ldots, P_k) = k-1$. Analogamente al caso vettoriale, se $\dim \PP(V) = n$,
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presi più di $n+1$ punti, questi sono sicuramente non indipendenti. \medskip
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Un insieme $\{P_1, \ldots, P_k\}$ si dice \textit{in posizione generale} se e solo se
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ogni suo sottoinsieme di $h \leq n+1$ punti è indipendente. Se $k \leq n+1$, un
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insieme è in posizione generale se e solo se è indipendente. Altrimenti, l'insieme
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è in posizione generale se ogni sottoinsieme di $n+1$ punti è indipendente. \medskip
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Si dice \textbf{riferimento proiettivo} una qualsiasi $(n+2)$-upla di punti
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$P_1$, ..., $P_{n+2}$ in posizione generale. In particolare, si dice che i punti
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||||
$P_1$, ..., $P_{n+1}$ sono i \textbf{punti fondamentali} del riferimento, mentre
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||||
$P_{n+2}$ 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:
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||||
\[ P_i = [\vv i] \, \forall i \leq n+1 \qquad P_{n+2} = [\vv 1 + \ldots + \vv n]. \]
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||||
Una base normalizzata per $R$ esiste sempre ed
|
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è unica a meno di \textit{riscalamento simultaneo}
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(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:
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||||
\[ \v = \alpha_1 \vv 1 + \ldots + \alpha_{n+1} \vv{n+1}, \]
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||||
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
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||||
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||||
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||||
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:
|
||||
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\begin{itemize}
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||||
\item $\varphi = \lambda \psi$ per $\lambda \in \KK^*$,
|
||||
\item $f = g$,
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||||
\item $f(P_i) = g(P_i)$ per $1 \leq i \leq n+2$.
|
||||
\end{itemize}
|
||||
|
||||
Come conseguenza di questo fatto, vale che:
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||||
\[ \PPGL(V) \cong GL(V) \quot N, \]
|
||||
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}
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||||
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:
|
||||
\[ f(P_i) = Q_i', \quad \forall 1 \leq i \leq n+2. \]
|
||||
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},
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||||
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
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||||
\hrule
|
||||
~\\
|
||||
Ad opera di Gabriel Antonio Videtta, \url{https://poisson.phc.dm.unipi.it/~videtta/}.
|
||||
~\\Reperibile su
|
||||
\url{https://notes.hearot.it}, nella sezione \textit{Secondo anno $\to$ Geometria 2 $\to$ Scheda riassuntiva}.
|
||||
\end{multicols}
|
||||
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||||
\end{document}
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Loading…
Reference in New Issue