超平面与直线

超平面与直线

by\mathscr{by}by AmamiyaFuko\mathfrak{AmamiyaFuko}AmamiyaFuko

星火长川,缀于神州

直线

直线是一种特殊的超平面,它在二维空间的表达式为

Ax+By+C=0 Ax+By+C=0 Ax+By+C=0

这里我们先来看它的齐次形式,即

Ax+By=0 Ax+By=0 Ax+By=0

我们知道欧几里德范数,也就是向量的点积,它的运算形式是Aˇ⋅Bˇ→R\v{A}\cdot \v{B} \to RAˇ⋅Bˇ→R,也就是

∑AˇiBˇi \sum \v{A}{i}\v{B}{i} ∑AˇiBˇi

相似的,我们也可以将直线方程理解为两个向量的点积,即iˇ=(A,B)\v{i}=(A,B)iˇ=(A,B),jˇ=(x,y)\v{j}=(x,y)jˇ=(x,y),iˇ⋅jˇ=0\v{i}\cdot \v{j}=0iˇ⋅jˇ=0,即二者正交,也即二者垂直。

同理,我们也可以将这点推广,将直线的非齐次形式理解为两个向量的点积。

首先,我们知道iˇ\v{i}iˇ的模长是一个定值,问题在于jˇ\v{j}jˇ在iˇ\v{i}iˇ上投影的长度,不过这在几何上很好理解,因为二者点积也是一个定值,我们对其求一个逆运算,也就是除法,就可以得到这个投影的长度,它显然是−C∣iˇ∣{-\frac{C}{|\v{i}|}}−∣iˇ∣C

那么,jˇ\v{j}jˇ所有可能的坐标在二维空间就是一条直线。如果你感到疑惑的话,可以画一个直角三角形,然后把它的一条直角边无限延长。

推广到三维空间来说,也就是一个平面,总的说,你会发现这始终比它所在的空间少一维,在四维或者更高维也是这样,所以我们叫它超平面。

不过,虽然这种理解是可行的,但还是太过复杂,我们在日常中还是将其理解为对其齐次形式,在某一方向上移动了一些,就拿二维的直线说L(x,y)=Ax+By+CL(x,y)=Ax+By+CL(x,y)=Ax+By+C可以理解为Ax+By=0Ax+By=0Ax+By=0向 x轴的负方向移动了C/AC/AC/A个单位,反之亦然。

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