默比烏斯定理

默比烏斯定理

默比烏斯定理(Möbius theorem)也稱“麥比烏斯定理”,是射影幾何的重要定理之一。在兩平面π與π′上分別建立坐標系,設π上任意四個不同點Pi(i=1,2,3,4),其中無三者共線;π′上任意四個不同點P′i(i=1,2,3,4),其中也無三者共線,則從π到π′存在惟一一個非奇異線性變換使Pi對應P′i(i=1,2,3,4)。默比烏斯(A.F.Möbius)發展了射影幾何學的代數方法,對19世紀射影幾何的進展做出了重要貢獻 。

基本介紹

默比烏斯定理 默比烏斯定理

默比烏斯定理 設A、B、C、D、E、F為空間的六個點,(ABDF)表示由 為棱組成的平行六面體的有向面積(其他仿此),則

(ABDF)(CDEF)+(BCDF)(ADEF)+(CADF)(BDEF)=0.

該定理是麥比烏斯於1827年得到的 。

默比烏斯定理 默比烏斯定理

取F為原點,設 ,則據雙重向量積有

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和 ,

默比烏斯定理 默比烏斯定理

於是得 和

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因為後兩個等式的左邊相同,所以它們的右邊必相等。

默比烏斯定理 默比烏斯定理

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注意到三向量的混合積 ,就等於以 為棱組成的平行六面體的有向體積,也就是 =(BCDF),其餘仿此 。

默比烏斯定理 默比烏斯定理

又 ,

所以

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兩圓的麥比烏斯定理

通過兩圓的交點A分別作兩條直線PQ和P'Q',分別與圓相交於P、P'和Q、Q' ,則PP'與QQ'的交角∠S的大小一定。

圖1 圖1

該定理是德國數學家麥比烏斯於1837年得到的。設兩圓的另一個交點為B,連結AB、P'B、BQ',因為兩圓中的AB弧確定,所以∠Q'P'B和∠P'Q'B大小一定,從而∠P'BQ'的大小也一定,又因為∠SPQ=∠P'BA,∠ABQ' =∠Q,所以∠SPQ+∠SQP=∠P'BA+∠ABQ' =∠P'BQ'為定值,因此,PP'與QQ'的交角∠S的大小一定。

圖2 圖2

如果過A點分別作兩圓的切線CD、EF,則∠CAQ'=∠Q,∠P'PA =∠P'AF,所以∠S =∠P'PA一∠Q =∠P'AF-∠Q。但∠CAQ' =∠P'AD,故∠S=∠P'AF-∠P'AD= ∠DAF。由於∠DAF是兩圓的交角,它的大小是一定的。所以∠S的大小也一定。應當注意,這裡只是給出了一種情形,還有多種情形的圖存在 。

圖3 圖3

拋物線的麥比烏斯定理

分別過拋物線內接三角形ABC的頂點作切線,設它們各交於A'、B'、C',則

默比烏斯定理 默比烏斯定理

該定理是麥比烏斯於1827年得到的。

設拋物線的方程為

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其內接三角形頂點A、B、C的坐標各是,則

默比烏斯定理 默比烏斯定理

的絕對值,通過計算得

默比烏斯定理 默比烏斯定理
圖4 圖4

分別過A、B、C的該拋物銭的切線方程為

默比烏斯定理 默比烏斯定理
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由(1)與(2)聯立,解得,所以點A'的坐標為,同祥可得B'、C'的坐標各為

默比烏斯定理 默比烏斯定理
默比烏斯定理 默比烏斯定理

所以的絕對值,通過計算得

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默比烏斯定理 默比烏斯定理

所以。

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