53

Проективные пространства

[34/44%]
Показать
LaTeX
Задача 53.1

Найти какое-нибудь проективное преобразование плоскости, переводящее заданные прямые в заданные прямые:

?
(а)

x=0↦x=0,y=0↦x=1x=0 \mapsto x=0, \quad y=0 \mapsto x=1;

(б)

x+y=1↦x=1,x+y=0↦y=0x+y=1 \mapsto x=1, \quad x+y=0 \mapsto y=0.

Задача 53.2

Найти какое-нибудь проективное преобразование плоскости, переводящее заданные кривые в заданные кривые:

?
(а)

x2+y2=1↦y=x2x^{2}+y^{2}=1 \mapsto y=x^{2};

(б)

x2−y2=1↦x2+y2=1x^{2}-y^{2}=1 \mapsto x^{2}+y^{2}=1.

Задача 53.3

Найти какое-нибудь проективное преобразование плоскости, переводящее окружность x2+y2=1x^{2}+y^{2}=1 в себя и:

?
(а)

точку (0,0)(0,0) в точку (1/2,0)(1 / 2,0);

(б)

прямую x=2x=2 в бесконечно удаленную прямую.

Задача 53.4

Найти какое-нибудь проективное преобразование пространства, переводящее заданную квадрику в заданную квадрику:

?
(а)

x2+y2+z2=1↦xy−z2=1x^{2}+y^{2}+z^{2}=1 \mapsto x y-z^{2}=1;

(б)

xy=z↦x2+y2−z2=1x y=z \mapsto x^{2}+y^{2}-z^{2}=1;

(в)

xy=z2↦y=x2x y=z^{2} \mapsto y=x^{2}.

Задача 53.5

Найти максимальную размерность плоскостей, содержащихся в квадрике:

?
(а)

x12+…+xk2−xk+12−…−xn2=1x_{1}^{2}+\ldots +x_{k}^{2}-x_{k+1}^{2}-\ldots -x_{n}^{2}=1;

(б)

x12+…+xk2−xk+12−…−xn2=xnx_{1}^{2}+\ldots +x_{k}^{2}-x_{k+1}^{2}-\ldots -x_{n}^{2}=x_{n}.

Задача 53.6

Доказать, что над полем комплексных чисел любое проективное преобразование имеет по крайней мере одну неподвижную точку.

?
Задача 53.7

Доказать, что в вещественном проективном пространстве чётной размерности любое проективное преобразование имеет неподвижную точку.

?
Задача 53.8

Доказать, что если проективное преобразование nn-мерного проективного пространства над бесконечным полем имеет конечное число неподвижных точек, то это число не превосходит n+1n+1.

?
Задача 53.9

Доказать, что для всякого конечного множества точек AA в проективном пространстве над бесконечным полем существует содержащая его аффинная карта AA.

?
Задача 53.10

Доказать, что любое (k−1)(k-1)-мерное подпространство в Pn\mathbb {P}^{n} можно покрыть kk аффинными картами и нельзя покрыть меньшим числом аффинных карт.

?
Задача 53.11

Найти число точек nn-мерного проективного пространства над полем из qq элементов.

?
Задача 53.12

Найти число kk-мерных подпространств nn-мерного проективного пространства над полем из qq элементов.

?
Задача 53.13

Найти число проективных преобразований nn-мерного проективного пространства над полем из qq элементов.

?
Задача 53.14

Пусть M1M_{1} и M2M_{2} — непересекающиеся плоскости в Pn,L1\mathbb {P}^{n}, L_{1} и L2L_{2} — непересекающиеся плоскости, имеющие те же размерности. Доказать, что существует проективное преобразование, которое переводит M1M_{1} в L1L_{1} и M2M_{2} в L2L_{2}.

?
Задача 53.15

Доказать, что если проективное преобразование переводит некоторую аффинную карту в себя, то оно индуцирует аффинное преобразование на этой карте.

?
Задача 53.16

Доказать, что всякое биективное преобразование двумерной проективной плоскости, переводящее прямые в прямые и сохраняющее двойное отношение точек на каждой прямой, является проективным.

?
Задача 53.17

Доказать, что с помощью подходящего проективного преобразования любые четыре прямые на проективной плоскости, из которых никакие три не пересекаются в одной точке, можно перевести в любые четыре прямые, обладающие тем же свойством.

?
Задача 53.18

Доказать, что существует проективное преобразование плоскости, сохраняющее заданный треугольник и переводящее заданную точку внутри этого треугольника в любую другую заданную точку внутри него.

?
Задача 53.19

Доказать, что существует преобразование плоскости, сохраняющее окружность и переводящее заданную точку внутри этой окружности в любую другую заданную точку внутри нее.

?
Задача 53.20

Доказать, что с помощью одной линейки нельзя построить центр заданной окружности.

?
Задача 53.21

Доказать с помощью проективных преобразований, что отрезки, соединяющие вершины треугольника с точками противоположных сторон, пересекаются в одной точке тогда и только тогда, когда эти точки являются точками касания некоторого вписанного в треугольник эллипса.

?
Задача 53.22

На картине изображена аллея. Расстояние от первого дерева до линии горизонта вдоль линии аллеи обозначим через ll, pacстояние между kk-м и (k+1)(k+1)-м деревьями — через aka_{k}. Выразить:

?
(а)

a3a_{3} через a1a_{1} и a2a_{2};

(б)

a2a_{2} через ll и a1a_{1}.

Задача 53.23

Проективное преобразование плоскости называется гомологией, если оно сохраняет все точки, лежащие на некоторой прямой (оси гомологии), и все прямые, проходящие через некоторую точку (чентр гомологии). Доказать, что:

?
(а)

существует единственная гомология с заданной осью ll и заданным центром OO, переводяшая заданную точку A≠O,A∉lA \neq O, A \notin l, в заданную точку A′≠O,A′∉lA^{\prime } \neq O, A^{\prime } \notin l, лежащую на прямой OAO A;

(б)

всякое проективное преобразование плоскости есть произведение двух гомологий.

Задача 53.24

Доказать, что существует единственное проективное преобразование плоскости, сохраняющее окружность x2+y2=1x^{2}+y^{2}=1 и переводящее заданные три точки на этой окружности в заданные три точки, также лежащие на этой окружности.

?
Задача 53.25

Доказать, что если прямые AA′,BB′A A^{\prime }, B B^{\prime }, CC′C C^{\prime } пересекаются в одной точке, то точки пересечения прямых ABA B и A′B′,BCA^{\prime } B^{\prime }, B C и B′C′,ACB^{\prime } C^{\prime }, A C и A′C′A^{\prime } C^{\prime } лежат на одной прямой.

?
Задача 53.26

Доказать, что точки пересечения противоположных сторон шестиугольника, вписанного в окружность, лежат на одной прямой.

?
Задача 53.27

Доказать, что точки пересечения противоположных сторон шестиугольника, вершины которого находятся поочередно на двух заданных прямых, лежат на одной прямой.

?
Задача 53.28

Пусть a1,a2,a3,a4a_{1}, a_{2}, a_{3}, a_{4} — прямые на плоскости, проходящие через точку O,lO, l — прямая, не проходящая через OO. Доказать, что двойное отношение точек пересечения прямых a1,a2,a3,a4a_{1}, a_{2}, a_{3}, a_{4} с прямой ll не зависит от ll (двойное отношение прямых a1,a2,a3,a4a_{1}, a_{2}, a_{3}, a_{4}).

?
Задача 53.29

Пусть ff — невырожденная билинейная функция на (n+1)(n+1)-мерном векторном пространстве VV. Каждому (k+1)(k+1)-мерному подпространству U⊂VU \subset V сопоставим (n−k)(n-k)-мерное подпространство

U⊥={y∈V∣f(x,y)=0 для всякого x∈U}. U^{\perp }=\left\{ y \in V \mid f(x, y)=0 \text{ для всякого } x \in U\right\} .

Этим соответствием в проективном пространстве P(V)\mathbb {P}\left(V\right) определено отображение KfK_{f}, которое каждой kk-мерной плоскости сопоставляет (n−k−1)(n-k-1)-мерную плоскость (корреляция относительно функции ff).

Доказать, что:

?
(а)

корреляция сохраняет инцидентность, т.е.

U1⊂U2↔Kf(U1)⊃Kf(U2); U_{1} \subset U_{2} \leftrightarrow K_{f}\left(U_{1}\right) \supset K_{f}\left(U_{2}\right) ;
(б)

если функция ff симметрическая или кососимметрическая, то корреляция KfK_{f} инволютивна, т.е.

Kf(Kf(U))=U K_{f}\left(K_{f}(U)\right)=U
(в)

композиция корреляции и проективного преобразования есть корреляция;

(г)

всякая корреляция есть композиция фиксированной корреляции и некоторого проективного преобразования.

Задача 53.30

Доказать, что всякая корреляция проективной прямой действует на точки так же, как некоторое проективное преобразование.

?
Задача 53.31

Доказать, что корреляция на проективной плоскости сохраняет двойное отношение.

?
Задача 53.32

Доказать, что корреляция на проективной плоскости относительно симметрической билинейной функции ff переводит каждую точку кривой f(x,x)=0f(x, x)=0 в касательную к этой кривой, проходящую через данную точку.

?
Задача 53.33

Сформулировать теорему (теорема Брианшона), получаемую из теоремы Паскаля (см. 53.26) применением корреляции.

?
Задача 53.34

С помощью понятия корреляции доказать, что точки пересечения касательных к данной окружности, проведенных через концы всевозможных хорд, проходящих через заданную точку, лежат на одной прямой.

?