zusammenfassung geometriekalküle

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  Verbindungsgerade (Join)  , Schnittpunkt (Meet)   Projektive Transformation  det(M )   = 0 – Ane  Transformation a b c d e f 0 0 1  Rotation cos α  − sin α 0 sin α  cos α  0 0 0 1  Translation 1 0  t x 0 1  t y 0 0 1  Verschiebung, Scherung, Spiegelung  Erhalten  Parallelität  (l × l ) × P  und  Längen- verhältnis  Perspektivische Verzerrung  Kollineation  : erhält Kollinearität RP d  Projektive Transformation 1 0 0 , 0 1 0 , 0 0 1 , 1 1 1  M  (A,B,C,D)  in allgemeiner La- ge   M  =  | | | λ·A µ·B τ ·C | | | , λ, µ, τ  aus  | A | | B | | C | | D | – Gerade: l    M T l  ∼ M T l  (bei Dualität zu beachten) KS:  A  → M T AM 1  M T AM  Projektive  Gerade  RP 1  Punkte auf Verbindungsgerade:  P  I A B  P   λA + µB λ µ  := Hom. Koord. von P  bzgl. Basis  ( A, B)  (Ach- tung: Repräsentanten von  A, B  nicht wählbar)  Basiswechsel:  ( A (A,B)  B (A,B) ) :  P (A ,B )    P (A,B) – Projektion  (X ):  ( τ  0 0 1 ) :  P (A,B)    P  (A ,B ) , τ  = [AB X] [BA X]  Doppelverhältnis  (A, B; C, D) :=  [AC ][BD] [AD][BC ]  Invariant unter proj. Trafos  (BA; CD ) =  1 λ , (AC ; BD) = 1 −  λ, (AC ; DB) = 1 1λ , (AD; BC ) = 1  1 λ , (AD; CB ) =  λ λ1  = 1 ⇔ A = B  oder  C  = D  (0, ; x, 1) = x  = −1  Quadrik/Kegelschnitt  Q (  p) =  p T Ap  =   a ii  p 2 i  + (a ij  + a ji ) p i  p j  = 0  Spezialfall 2 Geraden A B, C D:  Q (  p) = [ABp] [CD p]  Kreis:  1  xM 1  yM xM  −yM  x 2 M +y 2 M r 2  Eindeutig durch 5 Pkt., keine 3 auf Gerade:  Q (  p) = [ADE ] [BC E ]    λ [ACP ] [BDP ]  − [ACE ] [BDE ]    µ [ADP ] [BC P ] (Plücker’s  µ,  λ  = E T (A × D) (B × C ) T    =M 2 E )  (AB,CD) P  = (AB,CD) E  Typisierung 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 x 2 + y 2 + z 2 = 0  x 2 + y 2 z 2 = 0  x 2 + y 2 = 0  x 2 y 2 = 0  x 2 = 0 hat nur komplexe Lösungen  Einheitskreis Nullpunkt 2 komplexe Geraden 1 i λ ,  1 i λ 2 reell e Gera den 1 1 λ ,  1 1 λ relle Doppelgerade 0 α β  CP 1  C  :  x    y  ⇔  x y  ∈  R,x   y  ⇔  x y  ∈  iR,x,y,z  koll.  xy xz  R.  nur ein  ∞:  ( 1 0 )  A,B,C,D kozirkular oder kollinear (A, B; C, D)  ∈ R  Proj. Trafo: Kreis/Gerade    Kreis/Gerade  Euklidische Geometrie im  RP 2  I  = i 1 0 ,J  = i 1 0 , I  × J  = l  Kreis/Gerade im  RP 2 :  A,B,C,D  koz./kol.  (A, B; C, D) I  = (A, B; C, D) J  (A, B; C, D) I  ∈ R  KS durch  I ,J :  A,B,C,D,I,J   auf einem KS  Laguerre:  α l,m  =  1 2i  ln (M, L; I , J ) , L  = l × l , M  = m × l  l  ⊥ m ⇔ (L, M ; I ,J ) = −1  mehrdeutig  mo d π, da  ln  mehrdeutig  mod 2πi.  α lm  =  −α ml  (DV 1 )  α lm  + α mg  ≡ α lg  mod π  (Mult. DV) Spie gle  P  an  l:  g A/B  = ((I /J  × P ) × l)  ×  J/I,P   = g A  × g b – Kreismittelpunkt  M  = A · I  × A · J  Abstand (relativ  | AB|) |XY |  = |XY |     [XYI ] [XY J ] 2i    [AIJ ] 2i    [BI J ]  [ABI ] [ABJ ]    |AB|=1 [XI J ]    2i [Y I J ]    2i  RP d (Plücker-Koordinaten)  Rang r  = d + 1  Koordinaten Rang k: k-el. Teilsequenzen von (1,...,r) =: [r] ˆ =k × k-Unterdet.   Vektoren in R ( r k ) , nur k·(r k)+1 Einträge relevant.  Join:  P   rk k  Q   rk m =  R   rk k+md+1 :  R λ  = (τ);τ µ=λ  sgn  λ τ · P τ  · Q µ  Meet:  P   rk k  Q   rk m =  R   rk k+mr0 :  R λ  = (τ);τ µ=λ  sgn  [r]\λ τ \λ\λ · P τ  · Q µ  Grassmann-Plücker-Relation  RP 1 r  = 2,n = 4  : [ab] [cd] [ac] [bd] + [ ad] [bc] = 0  RP d r  =  d + 1,  τ  = (a 1 ,...,a r1 ) , λ  = (b 1 ,...,b r+1 ): r+1 i=1  ( 1) i+1 a 1 ...a r1 b i [b 1 ...   b i ...b r+1 ] = 0

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Eine Zusammenfassung wichtigster Elemente von Geometriekalküle.Bietet sich als Hilfe an.

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  • Verbindungsgerade (Join) , Schnittpunkt (Meet) Projektive Transformation det (M) 6= 0

    Affine Transformation(a b cd e f0 0 1

    ) Rotation

    (cos sin 0sin cos 0

    0 0 1

    ) Translation

    ( 1 0 tx0 1 ty0 0 1

    ) Verschiebung, Scherung, Spiegelung Erhalten Parallelitt (l l) P und Lngen-verhltnis

    Perspektivische Verzerrung

    Kollineation : erhlt KollinearittRPd Projektive Transformation

    ((

    100

    ),(

    010

    ),(

    001

    ),(

    111

    ))M7 (A,B,C,D) in allgemeiner La-

    ge

    ; M =( | | |A B C| | |

    ), , , aus

    (|A|

    |B|

    |C|

    |D|

    ) Gerade: l 7MT l MT l (bei Dualitt zu beachten) KS: AMTAM1 MTAM

    Projektive Gerade RP 1

    Punkte auf Verbindungsgerade: PIA B P A+B

    () := Hom. Koord. von P bzgl. Basis (A,B) (Ach-tung: Reprsentanten von A,B nicht whlbar)

    Basiswechsel: (A(A,B) B(A,B) ) : P(A,B) 7 P(A,B) Projektion (X): ( 00 1 ) : P(A,B) 7 P (A,B), =

    [ABX][BAX]

    Doppelverhltnis (A,B;C,D) := [AC][BD][AD][BC] Invariant unter proj. Trafos (BA;CD) = 1 , (AC;BD) = 1 , (AC;DB) =

    11 , (AD;BC) = 1 1 , (AD;CB) = 1

    = 1 A = B oder C = D (0,;x, 1) = x = 1

    Quadrik/Kegelschnitt Q (p) = pTAp = aiip2i +(aij + aji) pipj = 0

    Spezialfall 2 Geraden AB,CD: Q (p) = [ABp] [CDp]

    Kreis:(

    1 xM1 yM

    xM yM x2M+y2Mr2

    ) Eindeutig durch 5 Pkt., keine 3 auf Gerade:

    Q (p) = [ADE] [BCE]

    [ACP ] [BDP ]

    [ACE] [BDE]

    [ADP ] [BCP ]

    (Plckers , = ET (AD) (B C)T =M2

    E)

    (AB,CD)P = (AB,CD)E Typisierung(

    11

    1

    ) (1

    1 1

    ) (1

    10

    ) (1 1

    0

    ) (1

    00

    )x2 + y2 + z2 = 0 x2 + y2 z2 = 0 x2 + y2 = 0 x2 y2 = 0 x2 = 0hat nur komplexe

    Lsungen EinheitskreisNullpunkt

    2 komplexe Geraden(1i

    ),

    (1i

    ) 2 reelle Geraden(11

    ),

    (11

    ) relle Doppelgerade(0

    )

    CP 1

    C : x y xy R, x y xy iR, x, y, z koll. xyxz R.

    nur ein : (10) A,B,C,D kozirkular oder kollinear (A,B;C,D) R Proj. Trafo: Kreis/Gerade 7 Kreis/Gerade

    Euklidische Geometrie im RP 2

    I =(i

    10

    ), J =

    (i10

    ), I J = l

    Kreis/Gerade im RP 2: A,B,C,D koz./kol.

    (A,B;C,D)I = (A,B;C,D)J (A,B;C,D)I R KS durch I, J : A,B,C,D, I, J auf einem KS

    Laguerre: l,m = 12i ln (M,L; I, J) , L = l l,M =m l l m (L,M ; I, J) = 1 mehrdeutig modpi, da ln mehrdeutig mod2pii. lm = ml (DV1) lm + mg lgmodpi (Mult. DV)

    Spiegle P an l: gA/B = ((I/J P ) l) J/I, P =gA gb

    Kreismittelpunkt M = A I A J Abstand (relativ |AB|)

    |XY | =

    |XY | [XY I] [XY J ]

    2i [AIJ ]

    2i [BIJ ]

    [ABI] [ABJ ] |AB|=1

    [XIJ ] 2i

    [Y IJ ] 2i

    RP d (Plcker-Koordinaten)

    Rang r = d+ 1

    Koordinaten Rang k: k-el. Teilsequenzen von (1, ..., r) =:[r] =k k-Unterdet.; Vektoren in R(rk), nur k(r k)+1 Eintrge relevant.

    Join: Prk k

    Qrkm

    = Rrk k+md+1

    : R =(,);= sgn

    (,

    ) P Q Meet: P

    rk k

    Qrkm

    = Rrk k+mr0

    : R =

    (,);= sgn

    ([r]\

    \,\) P Q

    Grassmann-Plcker-Relation

    RP 1 r = 2, n = 4 :[ab] [cd] [ac] [bd] + [ad] [bc] = 0 RP d r = d + 1, = (a1, ..., ar1) , = (b1, ..., br+1):r+1

    i=1 (1)i+1[a1...ar1bi

    ][b1... 6 bi...br+1] = 0