1. PROJICIRANJE - Pmf
1. PROJICIRANJE - Pmf
1. PROJICIRANJE - Pmf
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>1.</strong> <strong>PROJICIRANJE</strong><br />
<strong>1.</strong><strong>1.</strong> Uvod<br />
Nacrtna geometrija je znanost o egzaktnim metodama koje omogućuju<br />
prikazivanje prostornih, trodimenzionalnih objekata na nekoj dvodimenzionalnoj<br />
ravnini i rjeˇsavanje prostornih problema u ravnini konstruktivno-geometrijskim<br />
putem.<br />
Dakle, metodama nacrtne geometrije prikazujemo trodimenzionalni objekt<br />
crteˇzom u ravnini (list papira) tako da taj crteˇz kod promatrača budi ˇsto točniju predodˇzbu<br />
o tom prostornom objektu. Radi se o dvosmjernom procesu: s jedne strane<br />
izgled prostornog predmeta prenosimo u dvodimenzionalni crteˇz, a s druge strane,<br />
iz promatranja dvodimenzionalnog crteˇza stvaramo si trodimenzionalnu predodˇzbu<br />
predmeta.<br />
Nastala je iz potpuno praktičnih potreba, prije svega tehnike (brodogradnja,<br />
gradevinarstvo, strojarstvo), astronomije (projiciranje prirodnih nebeskih tijela),<br />
geografije (kartografija), arhitekture i slikarstva (perspektiva).<br />
Kroz povijest, ljudi su pokuˇsavali predmete iz okoline prikazivati u obliku<br />
crteˇza. Dio tih crteˇza nastao je kao izraz estetsko-umjetničke potrebe iz kojih se<br />
kasnije razvila likovna umjetnost, no s razvojem graditeljstva pojavljuju se crteˇzi<br />
koji sluˇze kao praktična pomoć. Prve ideje nacrtne geometrije mogu se naći već u<br />
Starom Egiptu. Prva pisana rasprava o idejama nacrtne geometrije je Vitruvijeva<br />
”De architectura” (oko 25 g. pr. Krista) (Marcus Vitruvius Pollio, graditelj Julija<br />
Cezara). Tlocrt samostana u St. Gallenu iz 9. st. je najstariji sačuvani tlocrt.<br />
Tehničke crteˇze moˇzemo pratiti kroz stoljeća, ali nedostaju upute kako su izradivani.<br />
Ideje perspektive prvi je u svojoj knjiˇzici opisao njemački slikar Albrecht Dürer<br />
(147<strong>1.</strong>-1528.).<br />
Znanstveni temelj nacrtne geometrije dao je francuski matematičar i fizičar<br />
Gaspard Monge (1746.-1818.) [čitamo: monˇz] u djelu ”Géométrie descriptive”<br />
(1795.ili 1798. - u izvorima različite godine). U tom je djelu Monge objedinio i
1 Projiciranje 3<br />
prikazao postupke tehničkog crtanja sistematično, generalizirano i s jednoznačnim<br />
objaˇsnjenima. Naime, i prije su se u gradevinarstvu i arhitekturi koristila znanja<br />
nacrtne geometrije, ali su bila specijalizirana, prilagodena svakoj struci i svakom<br />
problemu posebno i nije se uočavala ideja koja bi objedinila sve te metode. To je<br />
prvi put napravio G. Monge, a zbog izuzetnog značaja, njegove metode proglaˇsene<br />
su vojnom tajnom, a predavanja koja je drˇzao na pariˇskoj École Normale smjela su<br />
biti objavljena tek godinama kasnije.<br />
Nacrtna je geometrija pruˇzila prirodne osnove i pomoć za razvoj nekih grana<br />
matematike kao ˇsto su afina i projektivna geometrija, fotogrametrija, kartografija,<br />
nomografija. Osim toga, ideja preslikavanja najprije je uzeta iz nacrtne geometrije<br />
i proˇsirila se u sve grane matematike i drugih znanosti.<br />
<strong>1.</strong>2. Projiciranje<br />
Opiˇsimo prostor u kojemu ćemo rjeˇsavati probleme nacrtne geometrije. Radi<br />
se o trodimenzionalnom, intuitivno poimanom prostoru, tzv. euklidskom prostoru.<br />
Aksiomatsko zasnivanje tog prostora opisano je u knjigama Elementarna matematika<br />
I i II, ([6], [7]). U njemu postoje tri vrste osnovnih objekata koji se ne definiraju:<br />
točke, pravci i ravnine. Kao ˇsto je uobičajeno, točke ćemo označavati velikim<br />
latinskim slovima, pravce malim latinskim slovima, a ravnine malim grčkim slovima.<br />
Dogovorno ćemo pravce i ravnine smatrati skupovima točaka koje su incidentne s<br />
njima, iako bi točnije bilo govoriti o nizu točaka pravca ili o polju točaka ravnine.<br />
Svojstva osnovnih objekata prostora E dana su aksiomima.<br />
Aksiomi incidencije (pripadanja)<br />
A<strong>1.</strong> Za svake dvije različite točke prostora postoji jedinstveni pravac kojemu<br />
one pripadaju.<br />
A2. Svakom pravcu pripadaju barem tri različite točke.<br />
A3. U svakoj ravnini postoje tri točke koje ne pripadaju jednom pravcu.<br />
A4. Za svaku ravninu prostora postoje točke koje joj pripadaju i koje joj ne<br />
pripadaju.<br />
A5. Ako dvije različite ravnine imaju zajedničku točku, onda one imaju zajednički<br />
i čitav pravac koji nazivamo presječnica ravnina.<br />
A6. Ako dva različita pravca imaju zajedničku točku, onda postoji jedna i<br />
samo jedna ravnina koja sadrˇzi te pravce.
1 Projiciranje 4<br />
Aksiomi uredaja<br />
A7. Na svakom pravcu ravnine postoje točno dva medusobno suprotna linearna<br />
uredaja.<br />
A8. Paschov aksiom. Neka su pravac i trokut u jednoj ravnini. Ako pravac<br />
siječe jednu stranicu trokuta i ne prolazi niti jednim vrhom na toj stranici, onda on<br />
siječe bar joˇs jednu stranicu.<br />
Aksiomi metrike<br />
A9. Postoji funkcija d : E × E → R takva da je<br />
a) d(A, B) ≥ 0, ∀A, B ∈ E, d(A, B) = 0 akko A = B,<br />
b) d(A, B) =d(B,A), ∀A, B ∈ E,<br />
c) d(A, B) ≤ d(A, C)+d(C, B), ∀A, B, C ∈ E.<br />
Aksiomi simetrije<br />
A10. Za svaki pravac p jedne ravnine π postoji jedinstvena izometrija sp : π →<br />
π različita od identitete, za koju je sp(T )=T za svaku točku T pravca p.<br />
A1<strong>1.</strong> Za svaki par (Ox, Oy) polupravaca jedne ravnine π s vrhom u O postoji<br />
bar jedan pravac p ⊂ π takav da je sp(Ox) =Oy.<br />
Aksiom o paralelama<br />
A12. Neka točka T i pravac p leˇze u jednoj ravnini, T /∈ p. U toj ravnini<br />
postoji najviˇse jedan pravac q paralelan s p.<br />
Da bismo pojednostavnili neke formulacije uvodimo joˇs i tzv. neprave elemente.<br />
Točkama jednog pravca dodajemo joˇs jednu točku tzv. nepravu ili<br />
beskonačno daleku točku tog pravca, a koju definiramo kao točku u kojoj se sijeku<br />
svi pravci paralelni s njime. Sve neprave točke pravaca jedne ravnine i samo one,<br />
čine jedan pravac koji nazivamo nepravi ili beskonačno daleki pravac te ravnine.<br />
Nacrtna geometrija svodi konstruktivne probleme prostora na konstruktivne<br />
probleme ravnine. Da bi se to postiglo, potrebno je prostornu figuru preslikati u<br />
ravninsku figuru. Ovakva preslikavanja nazivamo projiciranja prostora na ravninu.<br />
Definicija <strong>1.</strong><strong>1.</strong> Neka je π ravnina prostora E, te neka je S neka čvrsta točka tog<br />
prostora koja ne pripada ravnini π. Centralno projiciranje na ravninu π sa<br />
srediˇstem S je preslikavanje koje svakoj točki A, A = S, prostora pridruˇzuje probodiˇste<br />
pravca AS i ravnine π.
1 Projiciranje 5<br />
.<br />
Ravninu π nazivamo ravninom projekcije, točku S nazivamo srediˇstem<br />
projiciranja, pravce kroz srediˇste S nazivamo zrakama projiciranja, a slika neke<br />
figure naziva se projekcija. Neka je πv ravnina točkom S paralelna s ravninom<br />
projekcije. Slika prave točke A koja ne leˇzi u πv, po definiciji je jednaka točki u<br />
kojoj pravac AS probada ravninu π. Ako točka A leˇzi u ravnini πv, tada je pravac<br />
AS paralelan s ravninom π i njihov presjek je neprava točka pravca AS.<br />
Osnovna svojstva projiciranja su sljedeća:<br />
<strong>1.</strong> Projekcija pravca p koji ne prolazi točkom S je pravac p ′ u ravnini π. Restrikcija<br />
projiciranja s pravca p na pravac p ′ je bijekcija. Projekcija svake zrake<br />
projiciranja je probodiˇste te zrake i ravnine π.<br />
2. Projekcija ravnine τ koja ne sadrˇzi srediˇste S je ravnina π i ta je restrikcija<br />
bijektivna. Projekcija ravnine koja sadrˇzi srediˇste je presječnica te ravnine i<br />
ravnine π.<br />
Definicija <strong>1.</strong>2. Neka je dana ravnina π prostora E, te neka je s neki čvrsti pravac
1 Projiciranje 6<br />
tog prostora koji nije paralelan s ravninom π. Paralelno projiciranje na ravninu<br />
π u smjeru s je preslikavanje koje svakoj točki A, prostora E pridruˇzuje probodiˇste<br />
pravca kroz A paralelnog sa s i ravnine π.<br />
Svi pravci prostora paralelni s pravcem s nazivaju se zrake projiciranja ili<br />
smjer projiciranja. Kod paralelnog projiciranja razlikujemo koso ili ortogonalno<br />
projiciranje. Kod ortogonalnog projiciranja kut zraka projekcije jednak je pravom<br />
kutu, a kod kosog projiciranja kut je manji.<br />
Proučimo malo podrobnije paralelno projiciranje, budući da će se glavne<br />
metode prikazivanja prostornih objekata opisane u ovom kolegiju upravo sastojati<br />
od dvaju ili viˇse ortogonalnih projiciranja.<br />
Bitna svojstva su ova:<br />
<strong>1.</strong> Pravci koji nisu paralelni sa smjerom projiciranja preslikavaju se u pravce, ali<br />
pravci koji su paralelni sa smjerom projiciranja preslikavaju se u jednu točku,<br />
tj. u svoje probodiˇste s ravninom π.<br />
2. Paralelnost pravaca je invarijanta paralelnog projiciranja.<br />
3. Duˇzine i kutovi, pa time i bilo koji ravninski likovi koji leˇze u ravnini paralelnoj<br />
s ravninom projekcije π, projiciraju se pri paralelnom projiciranju u sukladne<br />
likove.
1 Projiciranje 7<br />
4. Djeliˇsni omjer triju kolinearnih točaka je invarijanta paralelnog projiciranja.<br />
Poloviˇste duˇzine preslikava se u poloviˇste duˇzine.
2. PERSPEKTIVNA<br />
KOLINEACIJA I AFINOST<br />
2.<strong>1.</strong> Perspektivna kolineacija<br />
Definicija 2.<strong>1.</strong> Perspektivna kolineacija u ravnini je bijekcija skupa točaka i<br />
skupa pravaca na sebe koja zadovoljava ova svojstva:<br />
<strong>1.</strong> Čuva incidenciju, tj. ako točka A pripada pravcu p tada slika A točke A<br />
pripada slici p pravca p;<br />
2. Spojnice pridruˇzenih točaka prolaze jednom točkom S ravnine. Točka S<br />
je fiksna točka i nazivamo je srediˇstem kolineacije, a spojnice pridruˇzenih točaka<br />
zrakama kolineacije.<br />
3. Postoji točno jedan pravac o u ravnini kojega je svaka točka pridruˇzena<br />
sama sebi, tj. pravac o je fiksan po točkama. Pravac o nazivamo os kolineacije.<br />
Moguće je definirati i perspektivnu kolineaciju u prostoru. Tada imamo zadane<br />
dvije ravnine koje se sijeku i točku S koja ne pripada objema ravninama, a sama<br />
perspektivna kolineacija opisana je gornjim svojstvima.<br />
Navedimo neka očita svojstva perspektivne kolineacije.<br />
1) Svaki se par pridruˇzenih pravaca siječe u nekoj točki na osi kolineacije ili<br />
su oba pravca paralelni s njom.<br />
Obrazloˇzimo ovo svojstvo. Ako pravac p siječe os o, prema trećem definicijskom<br />
svojstvu kolineacije ta je točka fiksna, toj pridruˇzena sama sebi, a zbog čuvanja<br />
incidencije njome prolazi i pravac pridruˇzen pravcu p.<br />
Ako pravac p ne siječe os o, tada niti njegova slika ne siječe os o. Kad bi<br />
bilo suprotno točka u kojoj bi slika p sjekla os o bi bila fiksna i originalni pravac<br />
bi takoder prolazio njome, a to je u suprotnosti s pretpostavkom da je pravac p<br />
paralelan s osi.
3. Perspektivna kolineacija i afinost 9<br />
2) Svaka zraka kolineacije pridruˇzena je sama sebi. Ona je fiksni pravac kolineacije,<br />
ali ne po točkama. Jedine fiksne točke na zraci kolineacije su srediˇste S i<br />
presjek zrake i osi.<br />
Teorem 2.<strong>1.</strong> Perspektivna kolineacija je jednoznačno odredena, ako je zadana njezina<br />
os o, njezino srediˇste S i jedan par pridruˇzenih točaka A, A, s tim da ni jedna<br />
točka tog para ne leˇzi na osi o, niti je njihova spojnica paralelna sa osi o.<br />
Dokaz. Za proizvoljnu točku X ravnine konstruirajmo njezinu sliku X.<br />
a) Razmotrit ćemo prvo slučaj kad je točka X van pravca AS i kad spojnica<br />
AX nije paralelna s osi o. Povucimo spojnicu SX. To je zraka kolineacije i točka<br />
X nalazi se na njoj. Nadalje povucimo spojnicu p = AX. Toj je spojnici pridruˇzen<br />
pravac p koji prema prvom svojstvu kolineacije sadrˇzi i točku A i točku X. Ujedno<br />
pravci p i p sijeku se na osi o u fiksnoj točki Q. Dakle, p = QA. Točka X je presjek<br />
pravca p i zrake SX.<br />
b) Ako je točka X na zraci AS, tada odaberimo točku Y koja ne pripada zraci<br />
AS i čija spojnica sa A nije paralelna s osi. Postupkom opisanom u prethodnom<br />
slučaju konstruiramo točku Y . Sad u toj kolineaciji imamo joˇs jedan par pridruˇzenih<br />
točaka Y,Y i točku X konstruiramo koristeći taj par, a ne par točaka A, A.<br />
c) I razmotrimo joˇs i slučaj kad je spojnica AX paralelna s osi o.
3. Perspektivna kolineacija i afinost 10<br />
Tada je i pravac pridruˇzen toj spojnici paralelan s osi o. Točka X je presjek<br />
zrake SX i paralele sa osi o točkom A. ✷<br />
U skladu s prethodnim teoremom, kolineaciju ćemo obično zadavati njezinim<br />
srediˇstem, osi i parom pridruˇzenih točaka i zapisivat ćemo ovako: (o, S : A, A).<br />
Sljedeći nam teorem opisuje jednu invarijantu kolineacije.<br />
Teorem 2.2. Dvoomjer (XX; SK) ˇsto ga tvori bilo koji par pridruˇzenih točaka<br />
X i X sa srediˇstem S kolineacije i sjeciˇstem K zrake kolineacije SX sa osi o je<br />
konstantan.<br />
Podsjetimo se da se dvoomjer četiriju kolinearnih točaka definira kao:<br />
(AB; CD)= |CA| |DA|<br />
: , gdje je |AB| oznaka za ”orjentiranu” duljinu duˇzine AB.<br />
|CB| |DB|<br />
(vidi Palman: Trokut i kruˇznica).<br />
Ta se konstanta označava s k i naziva karakteristična konstanta perspektivne<br />
kolineacije.<br />
Dokaz. Neka je točka O bilo koja točka osi o različita od K. Dokazat ćemo<br />
da je dvoomjer (XX; SK) jednak dvoomjeru četvorke pravaca koji prolaze točkom<br />
O, tj. da je (XX; SK) = (OX, OX; OS, OK). Uvedimo oznake: SOX = α,<br />
KOX = β, KOX = γ.<br />
Izrazimo povrˇsinu trokuta SOX na dva načina:<br />
P (SOX)= 1<br />
1<br />
|OX|·|SO| sin α =<br />
2 2 |SX|·v,<br />
gdje je v duljina visine iz točke O na stranicu SX.<br />
Analogno je<br />
P (SOX) = 1<br />
|OX|·|SO| sin(α + β + γ) =1<br />
2 2 |SX|·v,
3. Perspektivna kolineacija i afinost 11<br />
P (KOX)= 1<br />
1<br />
|OX|·|KO| sin β =<br />
2 2 |KX|·v,<br />
P (KOX) = 1<br />
1<br />
|OX|·|KO| sin γ =<br />
2 2 |KX|·v.<br />
Iz prve dvije jednakosti dobivamo<br />
a iz druge dvije jednakosti<br />
tj.<br />
ˇsto je upravo<br />
|SX|<br />
|SX| =<br />
|SX| |KX|<br />
:<br />
|SX| |KX| =<br />
|OX| sin α<br />
|OX| sin(α + β + γ) ,<br />
|KX| |OX| sin β<br />
=<br />
|KX| |OX| sin(γ) ,<br />
sin α sin β<br />
:<br />
sin(α + β + γ) sin(γ)<br />
(XX; SK)=(OX, OX; OS, OK).<br />
✷<br />
Kod perspektivne je kolineacije zanimljivo promatrati sliku i prasliku beskonačno<br />
dalekog pravca n. Inače, beskonačno daleki pravac tvore sve beskonačno daleke<br />
točke i samo one. Sliku beskonačno dalekog pravca označavamo s n i nazivamo nedogledni<br />
ili ubjeˇzni pravac. On je paralelan s osi jer na njemu leˇzi i beskonačno<br />
daleka točka osi.<br />
Praslika pravca n, tj. pravac m koji se preslikava u beskonačno daleki pravac<br />
n naziva se izbjeˇzni pravac.<br />
Dakle, imamo ovakvo pridruˇzivanje<br />
m ↦→ n ↦→ n.<br />
Primjer 2.<strong>1.</strong> U danoj perspektivnoj kolineaciji (o, S; A, A) konstruirajmo izbjeˇzni i<br />
ubjeˇzni pravac.
3. Perspektivna kolineacija i afinost 12<br />
a) Konstrukcija izbjeˇznog pravca m.<br />
i) Neka je A ↦→ A i X ↦→ X.<br />
ii) Točkom X povucimo pravac d paralelan s pravcem SA = a = a. Budući da<br />
su a i d paralelni, sijeku se u nepravoj točki, a sve neprave točke pripadaju nepravom<br />
pravcu n. d ∩ o = F i znamo da je a = a.<br />
iii) Praslika d pravca d je XF. Naime, d = XF, pa je praslika d = XF.<br />
iv) Presjek pravca d i a je točka V koja leˇzi na izbjeˇznom pravcu m. Naime,<br />
d ∩ a ∈ n = m, stoga ta incidencija vrijedi i za njihove praslike, tj. d ∩ a ∈ m, auz<br />
oznaku d ∩ a = V imamo da V ∈ m.<br />
v) Paralela kroz V s osi o je izbjeˇzni pravac m.<br />
b) Konstrukcija ubjeˇznog pravca n.<br />
i) Neka je A ↦→ A i X ↦→ X.<br />
ii) Točkom A povucimo pravac c paralelan s pravcem SX = b. Budući da su<br />
c i b paralelni, sijeku se u nepravoj točki, a sve neprave točke pripadaju nepravom<br />
pravcu n. c ∩ o = F i znamo da je b = b.<br />
iii) Slika c pravca c je AF .<br />
iv) Presjek pravca c i b je točka R koja leˇzi na ubjeˇznom pravcu n. Naime,
3. Perspektivna kolineacija i afinost 13<br />
c ∩ b ∈ n, stoga ta incidencija vrijedi i za njihove slike, tj. c ∩ b ∈ n, a uz oznaku<br />
c ∩ b = R imamo da R ∈ n.<br />
v) Paralela kroz R s osi o je ubjeˇzni pravac n.<br />
Primjer 2.2. Dana je perspektivna kolineacija (o, S; A, A). Nacrtajmo izbjeˇzni<br />
pravac m i kvadrat ABCD tako da<br />
a) pravac m ne siječe kvadrat ABCD;<br />
b) pravac m siječe kvadrat ABCD.<br />
Konstruirajmo perspektivno kolinearnu sliku kvadrata ABCD u oba podzadatka.<br />
2.2. Perspektivna afinost<br />
Definicija 2.2. Perspektivna afinost u ravnini je bijekcija skupa točaka i skupa<br />
pravaca na sebe koja zadovoljava ova svojstva:<br />
<strong>1.</strong> Čuva incidenciju, tj. ako točka A pripada pravcu p tada slika A točke A<br />
pripada slici p pravca p;<br />
2. Spojnice pridruˇzenih točaka su medusobno paralelne. Te spojnice pridruˇzenih<br />
točaka nazivamo zrakama afinosti.<br />
3. Postoji točno jedan pravac o u ravnini kojega je svaka točka pridruˇzena<br />
sama sebi, tj. pravac o je fiksan po točkama. Pravac o nazivamo os perspektivne<br />
afinosti.<br />
Navedimo neka očita svojstva perspektivne afinosti.<br />
1) Svaki se par pridruˇzenih pravaca siječe u nekoj točki na osi afinosti ili su<br />
oba pravca paralelni s njom.<br />
Obrazloˇzimo ovo svojstvo. Ako pravac p siječe os o, prema trećem definicijskom<br />
svojstvu afinosti ta je točka fiksna, toj pridruˇzena sama sebi, a zbog čuvanja<br />
incidencije njome prolazi i pravac pridruˇzen pravcu p.<br />
Ako pravac p ne siječe os o, tada niti njegova slika ne siječe os o. Kad bi<br />
bilo suprotno točka u kojoj bi slika p sjekla os o bi bila fiksna i originalni pravac<br />
bi takoder prolazio njome, a to je u suprotnosti s pretpostavkom da je pravac p<br />
paralelan s osi.
3. Perspektivna kolineacija i afinost 14<br />
2) Svaka zraka afinosti pridruˇzena je sama sebi. Ona je fiksni pravac afinosti,<br />
ali ne po točkama. Jedina fiksna točka na zraci afinosti je presjek zrake i osi.<br />
Teorem 2.3. Perspektivna afinosti je jednoznačno odredena, ako je zadana njezina<br />
os o i jedan par pridruˇzenih točaka A, A, s tim da ni jedna točka tog para ne leˇzi<br />
na osi o, niti je njihova spojnica paralelna sa osi o.<br />
Dokaz. Za proizvoljnu točku X ravnine konstruirajmo njezinu sliku X.<br />
a) Razmotrit ćemo prvo slučaj kad je točka X van pravca AA i kad spojnica<br />
AX nije paralelna s osi o. Povucimo paralelu kroz X s danom zrakom afinosti. To<br />
je zraka afinosti i točka X nalazi se na njoj. Nadalje povucimo spojnicu p = AX.<br />
Toj je spojnici pridruˇzen pravac p koji prema prvom svojstvu afinosti sadrˇzi i točku<br />
A i točku X. Ujedno pravci p i p sijeku se na osi o u fiksnoj točki Q. Dakle, p = QA.<br />
Točka X je presjek pravca p i zrake kroz X.<br />
b) Ako je točka X na zraci AA, tada odaberimo točku Y koja ne pripada zraci<br />
AA i čija spojnica sa A nije paralelna s osi. Postupkom opisanom u prethodnom<br />
slučaju konstruiramo točku Y . Sad u toj afinosti imamo joˇs jedan par pridruˇzenih<br />
točaka Y,Y i točku X konstruiramo koristeći taj par, a ne par točaka A, A.<br />
c) I razmotrimo joˇs i slučaj kad je spojnica AX<br />
paralelna s osi o. Tada je i pravac pridruˇzen toj<br />
spojnici paralelan s osi o. Točka X je presjek zrake<br />
kroz X i paralele sa osi o točkom A. ✷
3. Perspektivna kolineacija i afinost 15<br />
U skladu s prethodnim teoremom, afinost zadajemo njezinom osi i parom<br />
pridruˇzenih točaka i zapisujemo ovako: (o : A, A).<br />
Sljedeći nam teorem opisuje jednu invarijantu afinosti.<br />
Teorem 2.4. Paru paralelnih pravaca a i b u perspektivnoj afinosti pridruˇzen je par<br />
paralelnih pravaca.<br />
Dokaz. Pretpostavimo suprotno, tj. da se pravci a i b sijeku u točki T . Zbog<br />
bijektivnosti ta točka ima svoju prasliku T koja zbog svojstva čuvanja incidencije<br />
pripada pravcima a i b. Time smo doˇsli u kontradikciju s pretpostavkom da su<br />
pravci a i b paralelni. ✷<br />
Teorem 2.5. Djeliˇsni omjer (XX; K) ˇsto ga tvori bilo koji par pridruˇzenih točaka<br />
X i X sa sjeciˇstem K zrake afinosti XX s osi o je konstantan.<br />
Djeliˇsni omjer (XX; K) je omjer |XK|<br />
, gdje su XK i XK orjentirane duˇzine.<br />
|XK|<br />
Ta se konstanta označava s k i naziva karakteristična konstanta perspektivne<br />
afinosti.<br />
Dokaz. Neka je Y,Y par pridruˇzenih točaka različit od para X, X takav da<br />
pravac XY nije paralelan sa osi. Tada se pravci XY i X Y sijeku u točki F na osi.<br />
Zbog paralelnosti zraka afinosti trokuti XKF i YLF su slični, gdje je L presjek<br />
pravca Y Y i osi. Iz te sličnosti slijedi<br />
|XK|<br />
|YL|<br />
= |KF|<br />
|LF | .
3. Perspektivna kolineacija i afinost 16<br />
I trokuti XKF i YLF su slični, pa vrijedi<br />
No sad je<br />
|XK|<br />
|YL|<br />
|XK|<br />
|YL|<br />
= |KF|<br />
|LF | .<br />
= |XK|<br />
|YL| ,<br />
tj.<br />
|XK| |YL|<br />
=<br />
|XK| |YL| .<br />
Dakle, djeliˇsni omjer ne ovisi o izboru točke Y , tj. stalan je. ✷<br />
Prethodni je teorem analogon odgovarajućeg teorema za kolineaciju. No, za<br />
afinost vrijedi i neˇsto bolji teorem. Naime, u afinosti je djeliˇsni omjer bilo koje tri<br />
kolinearne točke invarijanta afinosti.<br />
Teorem 2.6. Djeliˇsni omjer triju kolinearnih točaka je invarijanta afinosti.<br />
Dokaz. Neka su A, B, C tri različite kolinearne točke. Trebamo pokazati da je<br />
|AC|<br />
|BC|<br />
= |A C|<br />
|B C| .<br />
Označimo s p pravac AB, asp njegovu sliku. Točkom B povucimo pravac q<br />
paralelan s pravcem p, a sjeciˇsta pravca q sa zrakama afinosti AA i CC označimo<br />
redom s K i L. Zrake afinosti su medusobno paralelne pa iz sličnosti trokuta slijedi<br />
|A C| |KM|<br />
=<br />
|B C| |MB|<br />
= |AC|<br />
|BC| ,<br />
ˇsto je i trebalo dokazati. ✷<br />
Neposredna posljedica ovog teorema je sljedeći korolar.
3. Perspektivna kolineacija i afinost 17<br />
Korolar 2.<strong>1.</strong> Poloviˇste duˇzine preslikava se u poloviˇste slike te duˇzine.<br />
Dakle, perspektivna afinost čuva paralelnost i djeliˇsni omjer, no ne čuva udaljenost<br />
točaka niti mjeru kutova.<br />
Teorem 2.7. U danom skupu pravih kutova s vrhom u točki P , P /∈ o, postoji<br />
uvijek jedan pravi kut koji se danom perspektivnom afinoˇsću preslikava u pravi kut.<br />
Dokaz. Neka je P slika točke P . Proanalizirajmo zadatak, tj. pretpostavimo<br />
da je zadatak rijeˇsen i da su a, b zrake pravog kuta koji se preslikava u pravi kut<br />
aP b.<br />
Tada se pravci a i a, te pravci b i b sijeku u točkama A i B na osi o. Prema<br />
obratu Talesovog teorema o obodnom kutu nad promjerom slijedi da su točke P , P ,<br />
A i B točke jedne kruˇznice promjera AB. Srediˇste S te kruˇznice je sjeciˇste simetrale<br />
duˇzine P P i osi o. Time je analiza gotova. Konstrukcija teče ovako: konstruiramo<br />
afinu sliku točke P i simetralu duˇzine P P . Sjeciˇste te simetrale i osi o je točka S.<br />
Opiˇsemo kruˇznicu srediˇsta S i polumjera |SP|. Presjek te kruˇznice i osi o su točke<br />
A i B. Traˇzeni pravi kut kojemu je slika takoder pravi kut je kut AP B.<br />
Ova je konstrukcija izvediva uvijek osim kad su zrake afinosti okomite na os.<br />
No tada je jedan krak takvih pravih kutova paralelan s osi, dok je drugi okomit na<br />
os. ✷<br />
Primjer 2.3. U danoj perspektivnoj afinosti (o : A, A) konstruirajmo sliku kvadrata<br />
ABCD. Točke A i A neka su s različitih strana osi.<br />
Slika kvadrata je četverokut A B C D dobiven preslikavanjem vrhova A,B,C,D.<br />
Taj je četverokut paralelogram, jer zbog čuvanja djeliˇsnog omjera, dijagonale slike<br />
se raspolavljaju, jer se i dijagonale kvadrata raspolavljaju.
3. Perspektivna kolineacija i afinost 18<br />
Primjer 2.4. U danoj perspektivnoj afinosti (o : A, A) konstruirajmo sliku pravilnog<br />
ˇsesterokuta ABCDEF . Točke A i A neka su s iste strane osi.<br />
Primjer 2.5. Afinost (o : A, A) dana je tako da su zrake okomite na os i os je<br />
simetrala duˇzine AA. Konstruirajmo afinu sliku danom trokutu ABC.<br />
Primjetimo da je ovako zadana afinost osna simetrija s obzirom na pravac o.