代數(shù)幾何(三)

雙有理變換

《射影幾何學(xué)的復(fù)興》一節(jié)提到胁黑,1930s-40s射影幾何的研究工作轉(zhuǎn)向高次曲線涩盾,在深入研究前,研究性質(zhì)發(fā)生了改變捕捂,攝影觀點(diǎn)是指齊次坐標(biāo)線性變換瑟枫,隨著二次、高次變換的研究指攒,重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了雙有理變換慷妙。在兩個(gè)非齊次坐標(biāo)的情形中,這個(gè)變換具有形式x'=Φ(x,y),y'=ψ(x,y)幽七,其中Φ景殷、ψ是x,y的有理函數(shù),且x,y可表為x',y'的有理函數(shù)。齊次坐標(biāo)的變換式為xi'=Fi(x1,x2,x3)猿挚,i=1,2,3咐旧。其逆變換是xi=Gi(x1',x2',x3'),i=1,2,3,其中Fi绩蜻,Gi是各自變量的n次齊次多項(xiàng)式铣墨,除了有限多個(gè)點(diǎn)可能各對(duì)應(yīng)于一條曲線之外,坐標(biāo)是一一對(duì)應(yīng)的办绝。
圓的反演可以作為雙有理變換的例子伊约,從幾何上講,這個(gè)變換把M變到M'或把M'變到M孕蝉,定義它的方程是OM·OM'=r^2屡律,其中r是圓的半徑。從代數(shù)上講降淮,若在O點(diǎn)建立一個(gè)坐標(biāo)系超埋,則由畢達(dá)哥拉斯定理導(dǎo)出x'=r^2x/(x^2+y^2),y'=r^2y/(x^2+y^2),其中M的坐標(biāo)為(x,y)佳鳖,M'的坐標(biāo)為(x',y')霍殴,在這個(gè)變換下圓可以變到圓或直線,也可以反過(guò)來(lái)變系吩。

圓的反演

反演是把全平面變到自身的變換来庭,這樣的雙有理變換稱(chēng)為克雷莫納變換。三個(gè)(齊次)變量的克雷莫納變換如二次變換x1'=x2x3,x2'=x3x1,x3'=x1x2穿挨,其逆是x1=x2'x3',x2=x3'x1',x3=x1'x2'月弛。廣義的雙有理變換指把一曲線上的點(diǎn)變到另一曲線上的點(diǎn)的變換是雙有理的,但在全平面的變換未必是雙有理的絮蒿。例如(非齊次坐標(biāo))變換X=x^2,Y=y在全平面不是一一對(duì)應(yīng)的尊搬, 但確實(shí)把y軸右邊的任一曲線C以一一對(duì)應(yīng)的方式變到另一曲線。
第一個(gè)出現(xiàn)的雙有理變換是反演變換土涝。彭賽列曾在1822年《論圖形的射影性質(zhì)》中使用反演變換佛寿,之后普呂克、施泰納但壮、凱特勒等人均使用過(guò)冀泻,莫比烏斯曾做過(guò)詳細(xì)研究,開(kāi)爾文和劉維爾曾認(rèn)識(shí)到其在物理上的應(yīng)用蜡饵,后者把它稱(chēng)為半徑互為倒數(shù)的變換弹渔。
數(shù)學(xué)教授克雷莫納(Luigi Cremona,1830-1903)在1854年引入一般的雙有理變換(把全平面變到自身)并寫(xiě)過(guò)多篇重要論文。馬克斯·諾特(Max Noether溯祸,1844-1921肢专,艾米諾特的父親)證明了如下基本結(jié)果:一個(gè)平面克雷莫納變換可由一系列二次及線性變換構(gòu)成舞肆。Jacob Rosanes(1842-1922)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)該結(jié)果,還證明了所有平面上的一對(duì)一的代數(shù)變換必然是克雷莫納變換博杖。Guido Castelnuovo(1865-1952)將諾特和Rosanes的證明加以完善椿胯。

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