Homologia plana (memória)

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Temos vindo a trabalhar com transformações projetivas que relacionam pontuais diferentes (sobre a mesma reta ou não) e feixes distintos (a passar pelo mesmo ponto ou não).
Debruçarmo-nos-emos agora sobre uma transformação projetiva que transforme cada ponto (pontual,feixe) do plano num ponto (pontual, feixe) sobre o mesmo plano: trata-se da homologia (já várias vezes referida) que é uma homografia. Para definir a lei de transformação, bastar-nos-á tomar três pontos A, B, C não colineares e seus correspondentes A', B' e C' de tal modo que AA', BB' e CC' passem por um mesmo ponto O (centro da homologia). Como sabemos, do teorema de Desargues, esta condição de AA', BB' e CC' serem concorrentes num ponto é equivalente a que os pares de retas AB e A'B', AC e A'C', BC e B'C' se intersetem em pontos de uma mesma reta e (eixo da hamologia).
Tomados os pares de pontos correspondentes (A,A') e (B,B'), fica determinado um ponto AA'.BB'={O} e para um terceiro ponto C podemos tomar qualquer ponto C' como correspondente de C, desde que C' incida em CO.
Sendo AB.A'B'={L}, AC.A'C'={K}, LK=e (eixo da homologia), verifica-se que o ponto BC.B'C', J, é um ponto de e.
Vemos que fixados (A,A') (B,B') e (C,C') a respeitar a condição AA'.BB'.CC'={O} (ou a equivalente: AB.A'B', AC.A'C', BC.B'C' a incidir numa mesma reta e), fica determinado o processo para determinar o homólogo (único) de qualquer ponto X do plano: Toma-se, por exemplo, XB.e={I}, IB'.OX={X'} que é equivalente a (XA.e)A'.OX={X'}.....
A construção ilustra essa definição e os procedimentos adotados para determinar o ponto correspondente de qualquer ponto do plano. O mesmo para a pontual correspondente de qualquer pontual. Considere para exemplo a pontual de base c=AB. Um ponto P de s tem correspondente P', assim obtido: (PA.e)A'.OP que é um ponto de A'L ou seja de A'B'=c'.

Chama-se ainda a atenção para o seguinte:

1. A imagem, pela homologia, de um ponto P qualquer de e, é P: (PA.e)A'.OP={P}. Cada um dos pontos da pontual de base no eixo de homologia é imagem de si mesmo pela homologia, isto é, é um ponto duplo no sentido P=P' para a homologia.
2. A imagem do feixe de centro O é o próprio feixe. Um ponto qualquer de um reta que passe por O é um ponto dela mesma (X e X': O∈X). Cada uma das retas do feixe é transformada nela mesma, em que O e a sua intersecção com e são dois pontos duplos
3. Podemos dizer que uma homologia plana é uma transformação projetiva do plano em si mesmo tendo como elementos duplos uma pontual (sobre e) e um feixe (por O)
4. A homologia especial em que o centro O é um ponto do eixo e também toma o nome de elação.
5. O centro O da homologia pode ser um ponto impróprio (AA', BB', CC' são paralelas ou encontram-se num ponto comum que é um ponto no infinito)
6. O eixo e da homologia pode ser uma reta imprópria (Os pares de retas que passam por pontos homólogos são paralelas: AB//A'B', BC//B'C', AC//A'C', …)



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F. I. Asensi, Geometria Descriptiva Superior y Aplicada. Editorial Dosssat, S.A. Madrid:1980
Richter-Gebert. Perspectives on Projective Geometry. Springer. Berlin:2011
H. S. M. Coxeter, Projective Geometry, Springer. NY:1994
C.F. Klein, Elementary Mathematics from an advanced standpoint - Geometry Dover Publications, inc. New York:2004

Feixe de segunda ordem (circular)

Atente na figura dinâmica imediatamente abaixo.
Por X, variável sobre a tangente à circunferência em P, passam duas tangentes XP e XT. Por isso, OT=OP e XP=XT e, em consequência, os ângulos POX=XOT. Por X'=XT.QQ', passam duas tangentes à circunferência X'T e X'Q' e são congruentes ângulos Q'OX' e X'OT. Ou, ainda pela mesma razão, QOP=P'OQ'. XOT=(POT)/2 e X'OT=(Q'OT)/2 XOT+X'OT=(POQ')/2=POQ, constante para cada par (P,Q), e, finalmente, XOT+X'OT=XOX'= POQ.

[Pode mover T, P ou Q']? podia.
Quer dizer que, para qualquer tangente por T, variável sobre a circunferência, os pontos de intersecção dela com a tangente em P e com a tangente em Q', X e X', são tais que o ângulo XOX' é constante ou é independente de T. Isto é o mesmo que dizer que as retas do feixe, centrado em O, das retas OX' e OX estão relacionadas por uma rotação de centro O e ângulo de amplitude igual à de POQ. Os feixes assim construídos, x=OX e x'=OX', são congruentes e, portanto, projetivos. O ângulo formado por quaisquer duas retas do feixe x é transformado por rotação de centro O e amplitude POQ num ângulo de duas retas do feixe x', logo igual. As razões duplas de 4 retas do feixe x e das correspondentes do feixes x' são, por isso, iguais. E assim acontecerá para as razões duplas dos pontos correspondentes nas secções por PQ e Q'P'. Pode deslocar T sobre a circunferência e verá assim que, pela projetividade entre as pontuais X e X', quando X=P é X'=P' e que, quando X'=Q' é X=Q. Para além de significar que os pontos P, Q, P', Q' fazem parte das pontuais projetivas, também significa que PQ e P'Q' são posições possíveis das retas XX'.
As pontuais de pontos X sobre PQ e X' sobre Q'P' são secções por PQ e Q'P' dos feixes x e x' centradas em O que são projetivos. E as retas XX' que passam pelos pontos correspondentes das pontuais projetivas têm um só ponto comum com a circunferência.
Este conjunto de retas XX' é um feixe de segunda ordem por ser um conjunto de retas definidas por por pontos homólogos de duas pontuais de primeira ordem projetivas e não perspetivas e de bases distintas. Diz-se que a cónica é a envolvente das retas deste feixe de segunda ordem.
A pontual de segunda ordem é uma curva de segunda ordem (cónica) que contém os vértices V e V' dos feixes projetivos e não perspetivos que a geram por intersecção das retas correspondentes.
O feixe de segunda ordem é envolvido por uma curva de segunda ordem (cónica) que contém as bases das pontuais, projetivas e não perspetivas, que a geram por ligação dos pontos correspondentes
Pode assim definir-se uma cónica como base de uma forma elementar de 2ª ordem (pontual ou feixe).
Chama-se razão dupla de 4 tangentes de um feixe de 2º ordem à razão da pontual que se obtém cortando essas 4 retas tangentes por uma outra tangente qualquer.

Segue-se uma ilustração das pontuais, projetivas não perspetivas, em distintas bases, feixes centrados em O, ângulos e razões duplas calculadas, etc.

Por favor habilite Java para uma construção interativa (com Cinderella).
Pode deslocar os pontos de tangência [?: PODIA ]


Finalmente apresentamos uma construção do eixo da projetividade definida pelas pontuais A, B, C e A', B', C' que é a reta PQ' e ilustramos com uma reta XX' em que X é variável sobre PQ e X' é determinado usando o eixo da projetividade definida. Pode animar a figura e verificar como XX' em todas as suas posições mantém um ponto de contato com a circunferência e como o conjunto das retas XX' formam a circunferência.

Por favor habilite Java para uma construção interativa (com Cinderella).
Pode controlar a animaçao e mover os pontos P e Q'[? PODIA]
O eixo da projetividade é a reta que passa pelos pontos de tangência das bases das pontuais projetivas. Sabemos que a reta PQ' é a polar do ponto P' ou Q (ponto duplo da projetividade) Se as bases PQ e P'Q' se encontrarem num ponto do infinito, o eixo de projetividade (ou a polar do ponto no infinito das bases) passa pelo centro da circunferência.

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F. I. Asensi, Geometria Descriptiva Superior y Aplicada. Editorial Dosssat, S.A. Madrid:1980
Richter-Gebert. Perspectives on Projective Geometry. Springer. Berlin:2011
H. S. M. Coxeter, Projective Geometry, Springer. NY:1994
C.F. Klein, Elementary Mathematics from an advanced standpoint - Geometry Dover Publications, inc. New York:2004