20.04.2013 Views

1. PROJICIRANJE - Pmf

1. PROJICIRANJE - Pmf

1. PROJICIRANJE - Pmf

SHOW MORE
SHOW LESS

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.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!