2026/2/11 21:55:41
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三维实射影空间RP3\mathbb{RP}^3RP3本身是抽象的数学对象#xff0c;其“数据格式”需通过具体表示方式体现。常见方法包括#xff1a;齐次坐标表示
用四维齐次坐标[x0:x1:x2:x3][x_0 : x_1 : x_2 : x_3][x0:x1…三维实射影空间RP3\mathbb{RP}^3RP3的数据格式三维实射影空间RP3\mathbb{RP}^3RP3本身是抽象的数学对象其“数据格式”需通过具体表示方式体现。常见方法包括齐次坐标表示用四维齐次坐标[x0:x1:x2:x3][x_0 : x_1 : x_2 : x_3][x0:x1:x2:x3]表示点其中(x0,x1,x2,x3)∈R4∖{0}(x_0, x_1, x_2, x_3) \in \mathbb{R}^4 \setminus \{0\}(x0,x1,x2,x3)∈R4∖{0}且等价类[x0:x1:x2:x3][λx0:λx1:λx2:λx3][x_0 : x_1 : x_2 : x_3] [\lambda x_0 : \lambda x_1 : \lambda x_2 : \lambda x_3][x0:x1:x2:x3][λx0:λx1:λx2:λx3]λ≠0\lambda \neq 0λ0。例如点[1:0:0:0][1 : 0 : 0 : 0][1:0:0:0]表示“无穷远点”在第一个坐标轴方向。球面商空间构造将三维单位球面S3{(x0,x1,x2,x3)∈R4∣x02x12x22x321}S^3 \{ (x_0, x_1, x_2, x_3) \in \mathbb{R}^4 \mid x_0^2 x_1^2 x_2^2 x_3^2 1 \}S3{(x0,x1,x2,x3)∈R4∣x02x12x22x321}上的对径点即x\mathbf{x}x和−x-\mathbf{x}−x视为同一等价类。商空间S3/{x∼−x}S^3 / \{\mathbf{x} \sim -\mathbf{x}\}S3/{x∼−x}即为RP3\mathbb{RP}^3RP3其拓扑结构与齐次坐标定义一致。局部坐标卡例如取U0{[x0:x1:x2:x3]∣x0≠0}U_0 \{ [x_0 : x_1 : x_2 : x_3] \mid x_0 \neq 0 \}U0{[x0:x1:x2:x3]∣x00}局部坐标映射为ϕ0:U0→R3,[x0:x1:x2:x3]↦(x1x0,x2x0,x3x0).\phi_0 : U_0 \to \mathbb{R}^3, \quad [x_0 : x_1 : x_2 : x_3] \mapsto \left( \frac{x_1}{x_0}, \frac{x_2}{x_0}, \frac{x_3}{x_0} \right).ϕ0:U0→R3,[x0:x1:x2:x3]↦(x0x1,x0x2,x0x3).类似地可定义其他坐标卡UiU_iUii1,2,3i 1, 2, 3i1,2,3覆盖整个RP3\mathbb{RP}^3RP3。RRR的含义在射影空间中RRR通常指实数域R\mathbb{R}R表示坐标分量的取值范围。例如-RPn\mathbb{RP}^nRPn是实射影空间其点由Rn1∖{0}\mathbb{R}^{n1} \setminus \{0\}Rn1∖{0}中的等价类构成。复射影空间则用复数域C\mathbb{C}C记为CPn\mathbb{CP}^nCPn。P3P^3P3的含义P3P^3P3是三维射影空间Projective 3-Space的简写其核心性质包括点与平面的对偶性在RP3\mathbb{RP}^3RP3中点和平面通过四维齐次向量直接表示且满足对偶关系。例如点x[x0:x1:x2:x3]\mathbf{x} [x_0 : x_1 : x_2 : x_3]x[x0:x1:x2:x3]在平面p[a:b:c:d]\mathbf{p} [a : b : c : d]p[a:b:c:d]上的条件为x⋅p0\mathbf{x} \cdot \mathbf{p} 0x⋅p0即x0ax1bx2cx3d0x_0 a x_1 b x_2 c x_3 d 0x0ax1bx2cx3d0。几何性质任意三个不共线的点确定一个平面任意三个不共面的平面确定一个公共点。与欧氏空间不同RP3\mathbb{RP}^3RP3中任何两个平面必相交于一条直线无平行平面。拓扑性质-RP3\mathbb{RP}^3RP3是紧致、连通、无边界的三维流形不可嵌入R3\mathbb{R}^3R3中而不自交但可嵌入R4\mathbb{R}^4R4。