近代欧式几何学

圆的几何学

  1. 给出本章中下列命题的完整证明:§,§,§,§,§,§,§,§,§,§,§,§,§,§,§,§。

开世的幂的定理

§ 的证明跳步好明显……补充一下: 幂差

证明一下 § 的系,即两个圆的相似圆与这两个圆共轴。首先,格局 §,可知两个圆的相似圆与连心线的交点是两个圆的内位似中心和外位似中心。再根据 §,可知两个圆的相似圆是阿波罗尼圆的特殊情形。由于相似圆上的点根据 § 到两个圆心的比等于两个圆半径的比,于是根据 § 定理,这个圆与两个圆共轴。

  1. §:
    • 定理:一个点关于两个同心圆的幂的差,等于两圆半径的平方差,因而处处为定值。

      设两个同心圆 ,,则可知点 到两个圆的幂分别为

      所以

      是定值。

    • 定理:一个点到两个同心圆的幂的比为定值,则它的轨迹是一个与已知圆同心的圆,即与它们共轴的圆。

      根据上一个定理,若已知 ,那么

      若 ,则只有当 时等式才成立,此时 和 完全重叠,点 到两个圆的幂自然相等。

  2. §:
    • 定理【已在文中证明】:设直线交一个圆于 ,,交另一个圆于 ,;第一个圆在 , 的切线与第二个圆在 , 的切线相交于四个点,则这四点共圆,这个圆与已知圆共轴。

      如图所示:

      Pic Exercise 2.1.1

      在 处的切线与 在 、 处的交点分别为 、;在 处的切线与 在 、 处的交点分别为 、。

      根据文中的证明方法(应该是文中列出的关系错了……可以构造从 到直线的垂线),有

      又 ,,所以

      同理因为 ,,所以

      又 ,(显然!),所以

      对于四个交点,对应的比为定值。根据 § 定理,四个点到两个圆的幂的比是定值,它的轨迹是与两个圆共轴的一个圆。

      当直线通过两个圆的一个位似中心时,会出现两个交点在无穷远,另两个交点在根轴上。如图所示:

      Pic Exercise 2.1.2
    • 定理:三个圆共轴,从其中一个圆上任意一点作其他两个圆的切线各一条,则过两个切点的直线截两个圆所得的弦的比是一个定值。特别地,如果一条直线截两个圆所得的弦相等,那么在每条弦的一个端点处,所作的切线相交在两个圆的相似圆上。反过来也成立。

      如图所示:

      Pic Exercise 2.2.1

      其中 ,, 是共轴的三个圆。 为 上一点,到两圆的切线分别为 和 。 和 则是直线 分别交 和 的不同于 和 的交点。

      这里以第一类共轴圆组为例,首先根据 §,位于共轴圆组中圆 上的点 到组内两个共轴圆的幂成比例,即

      然后弦长满足:

      注意按照上一个定理的证明,有

      且因为是共轴圆组,有

      所以

      注意上述关系式中的量都与点 的位置无关,所以比值是一个定值。

      后面的命题先反着证吧,即再相似圆上取一点,过点作两个已知圆的切线,那么切点的连线截两个圆的弦长相等,如图所示:

      Pic Exercise 2.2.2

      首先根据 § 第二个定理,两个圆的相似圆与这两个圆共轴。根据定理,有

      再顺着证明,如果一条直线截两个圆的弦长相等,反过来看上图:

      Pic Exercise 2.2.3

      当两圆被直线所截的弦长相等,即 时,因为

      又

      所以

      所以点 在 和 的相似圆上,到两圆的圆心的距离的比等于两圆半径的比(§ 定义)。

  3. §:
    • 定理:设一个四边形内接于一个固定的圆,并且两条对边移动时,永远与另一个固定的圆保持相切,则任一组对边,在每个位置,都与两个已知圆的共轴圆相切。

      利用 § 第二个引理,且以书中的图 32 为例:

      Pic Exercise 3.1.1

      已知四边形 内接于外面的大圆,且对边 和 在绕圆旋转的同时相切于定圆(最小圆)。那么对于对边 和 ,经过切点的直线 与 和 相交于 、 两点。

      根据 § 第二个引理,切线和切点弦的夹角相等,所以直线 与 、 的夹角也相等。过 、 且垂直于 、 的圆与 的外接圆(大圆)、相切于 、 的固定圆(小圆)三圆共轴,此圆就是要找的共轴圆。对于对边 和 也是如此。

      还是做个图吧,这次极端一点把固定圆挪到外接圆外面:

      Pic Exercise 3.1.2

关于 § 的证明再补几个图:

  • §:
    • 定理:设一个三角形的顶点,在共轴圆组的一个定圆上连续地移动,两条边分别于这组圆中另两个固定的圆连续地相切,则第三条边与这组圆中一个固定的圆相切。

只能先摆成这个样子:

Pic S121_1

再补一个,这个图是构造了与 、 相切的圆 后,连接 发现 也与 相切:

Pic S121_2

直线 不经过 ,这里只是为了画图不小心调到这个位置的。有点吓人了咱就是说。

  1. §:
    • 定理【已在文中证明】:设一个多边形的顶点在在一个固定的圆上移动,除一边外,每一条边与一个固定的圆相切,这些圆及第一个圆属同一个共轴圆组,则剩下的一条边也与这共轴圆组的一个固定的圆相切,并且每一条对角线也与这圆组中的一个固定的圆相切。

      就考虑从两条边出发,既然两条边与两个不同的固定的圆相切,那么连接两条边的零另外端点的边一定与一个固定的圆相切(§),这条新的边能够与下一条相切于固定圆的边相切,循环往复。最后一定能够说明仅剩的那条边一定与固定圆相切,且所有的圆都是同一个共轴圆组中的圆。

    • 定理:设两个圆有如下关系:一个多边形既是一个圆的内接多边形,又是另一个圆的外切多边形,则可以作出无数多个这样的多边形,并且这可以变动的多边形的每一条对角线各与一个固定的圆相切。

      根据 § 定理,既然多边形外接于同一个圆,且都与同一个圆内切,那么当多边形的边滑动时,与所有边相切的同一个圆都不会变化。进行一次滑动就能得到一个这样的多边形,所以这样的多边形有无穷多个。

      对于多边形,任取四个顶点构造凸完全四角形,那么对应的四边形的对角线与固定的圆相切。

逆相似圆

  1. §:
    • 定理:两个相交的圆有两个逆相似圆,通过它们的交点,互相正交,圆心即两个已知圆的位似中心。两个不相交或相切的圆仅有一个逆相似圆,与已知圆共轴,圆心为外位似中心或内位似中心,根据已知圆外离、外切或内含、内切而定。

      如图所示:

      Pic Exercise 5.1.1

      图中 和 的交点为 和 ,他们的内外位似中心分别为 和 。 和 与连心线 的交点分别为 和 。

      根据 §,已知两个圆的反演中心一定是两个圆的一个位似中心。构造以 、 为直径的圆 和 ,以外位似中心 为圆心作正交于 的圆 :

      Pic Exercise 5.1.2

      根据圆幂定理,有 ,说明点 和 关于 是一对反演点。

      那么:

      又 是 和 的外位似中心,有

      代入上面的结果可得 ,说明 是 的切线, 和 关于 成反演点,进而 和 关于 反演, 一定经过 和 的交点 和 。

      现在已经找到一个经过两圆交点的逆相似圆了。那么另一个圆,以内位似点 为圆心,构造经过 和 的圆 :

      Pic Exercise 5.1.3

      由于目前还不知道直接作经过交点的圆证明正交容易,还是作正交于 的圆证明两个圆关于此圆反演容易。这里可以先证明一个场景,如图所示:

      Pic Exercise 5.1.4

      以 为反演圆,将 反演为 ,其连心线的交点上, 与 互为反演, 与 互为反演。根据反演的性质,我们知道 、 与 一定相交在点 和 上。于是经过交点 和 作正交于 的圆 。根据对称性可知 一定位于对称轴(连心线 )上。现在的问题是, 是否是 和 的逆相似圆,即二者是否关于 互为反形?

      证明的思路比较简单,首先,选择以 为圆心的任意大小的反演圆 ,考虑四个圆经过 反演后的图形:

      Pic Exercise 5.1.5

      由于反演并不会改变图形之间的相对反演关系,所以 反演后的直线 和 反演后的直线 仍关于他们的反演圆 的反形——直线 互为反演,即 和 关于直线 对称。

      又 和 正交,他们的反形仍然正交,表现为直线 和 垂直。至于为什么反形都经过同一个点……首先四个圆都经过 和 ,四个圆组成第 II 类共轴圆组。于是根据 § 最后的讨论,这类共轴圆组可以以定点之一为反演中心,变成从公共的圆心发出的直线束,圆心是另一个定点的反演。如图所示:

      Pic Exercise 5.1.6

      可以验证 。

      于是可知 和 关于直线 对称。自然他们的反形 和 关于 互为反形。

      回到正题,有了这个工具,从构造过交点圆的方向就会比构造正交于 的方向要容易一些吧。如果我们能够证明以 为圆心且经过 、 的圆 正交于 ,自然就能够说明 和 关于 互为反演。

      所以如上面所示,构造了经过 和 的 后,需要证明 与 正交。这个证明比较麻烦……首先我们需要说明,以内/外位似中心为圆心且经过两圆交点的圆是两圆的逆相似圆。

      之前的构造中采用了作正交圆的技术,但是这里要从作经过两圆交点的角度出发,说明以位似中心为圆心且经过两圆交点的圆是两圆的逆相似圆。如图,作出 和 的内外位似中心 和 ,且经过内外位似中心作经过两圆交点 和 的圆 和 :

      Pic Exercise 5.1.7

      目前没有看到什么简洁的证明方法,只能硬算了。连接 和 与连心线 交于 , 被连心线 垂直平分。再连接 和 :

      Pic Exercise 5.1.8

      根据位似中心的比例关系,有

      先以证明 是 和 的逆相似圆为例。首先有

      所以有 。对于乘积和 的关系,则需要仔细研究一下。

      首先可知 。那么根据 中的余弦定理,有

      所以

      现在考虑 ,有

      首先需要替换。从比例关系中可以推出关系:

      可得

      由于以后只会出现 项,我们令 。

      所以 的半径的平方 为

      说明

      即 和 是关于 的反演圆。

      接下来针对内位似中心 进行说明。同样地,有

      所以有 。由于已经知道了 和 的大小,这里只需要计算 。在此之前有

      所以

      所以

      所以 的半径的平方 为

      所以

      即 是 和 的逆相似圆。

      因为

      且

      所以 ,即 和 正交。

      两圆相交的情况就说明完毕了。

      对于两圆相离的情况,因为内位似中心 位于两圆之外,导致无法构造以 为圆心且包含 或者 的逆相似圆。具体可以这么理解,因为要求以 和 为圆心的圆正交,则一定有 位于 之外,即 ,平方得

      说明必须满足两圆相交的条件。

      注意到如果 ,说明两圆外切,此时内相似圆的半径

      成为了零圆。此时仅有一个以外位似中心为圆心的逆相似圆 ,且都相切于切点,与已知圆共轴。

      如果两圆内切,则分析过程类似,内切时内位似中心位于大圆内,仅能构造出以内位似中心为圆心的逆相似圆。

      两圆内含得说道说道,如图所示:

      Pic Exercise 5.1.9

      容易看出外位似中心不能满足 。计算一下:

      注意到 ,即不存在以 为圆心的逆相似圆,使得 和 是逆相似圆。

  2. §:
  • 定理:两个同心圆仅有一个逆相似圆,它与已知圆同心,半径为已知圆半径的比例中项。两条相交直线有两个逆相似圆,即它们的角平分线,这两个圆互相正交。

    首先因为两个圆的逆相似圆一定位于位似中心,所以逆相似圆的圆心一定位于同心圆的圆心处。那么此圆的半径一定满足平方等于两个圆的半径,所以半径具有唯一值,与两个圆的半径成比例中项。

    对于两条相交直线,他们一定关于角平分线对称,则角平分线对应的圆就是两条直线对应的圆的逆相似圆。且两条角平分线互相垂直,即正交。

§ 补个图:

Pic S131 1

可以看到蓝色圆被反演成了三条直线,而三个圆两两经过外位似中心的逆相似圆被反演成三条直线组成的三角形的角平分线交点(内心)。

取逆相似圆的一个交点为反演中心,作三个圆的反演圆,则反演圆的大小相等:

Pic S131 2

然后根据 § 的第二个系,每两个点的连线垂直于另外两个点的连线,说明任一点是其余三个点组成的三角形的垂心。

§ 补个图:

Pic S132 1
  1. §:
    • 定理【已在文中证明】:设两个 边形内接于同一个圆,对应顶点的连线均交于点 ,则以 为反演中心,每一个多边形的反形与另一个多边形位似。

    • 定理:一个圆内接四边形是调和四边形,当且仅当它的对边的积相等。

      根据 § 可知三角形与它的反演逆相似。那么将圆内接四边形划分为两个三角形,可以分别证明必要性和充分性。

      必要性,如果圆内接四边形是调和四边形,则其反演为正方形,满足对边长度乘积相等。因为逆相似,比例相等, 乘积的比例不变,所以对边的乘积相等。

      充分性,如果对边的乘积相等,那么根据逆相似性可以得到两对互为逆相似的三角形。但是相邻三角形包含两组对边中的各一对邻边,所以反演后四条边的长度相等。至于为什么是正方形而不是菱形,因为是圆内接四边形,圆的反形仍然为圆(§),所以四边长相等且内接于圆的四边形只有正方形。

    • 定理:过任意一点与正方形的顶点作直线,交正方形的外接圆于一个调和四边形的顶点。

      应该按照在圆外和圆内的情况作区分。当点 在圆外时,如图所示:

      Pic Exercise 7.3.1

      图中圆外一点 与正方形 各点的连线与 的交点组成四边形 ,则四边形 内接于 。以 为圆心作 的正交圆 ,根据圆幂定理有:

      说明四边形 是正方形 关于 的反形,则 是调和四边形。

      当点 在圆 内部时,如图所示:

      Pic Exercise 7.3.2

      那么根据本节定理,四边形 与正方形 内接于同一个圆,且对应顶点连线都经过点 ,则四边形关于 的反形 关于正方形 位似,也是个正方形。所以四边形 是一个调和四边形。如图所示:

      Pic Exercise 7.3.3

      红色正方形 和正方形 关于 位似。

极点与极线

  1. §:
    • 定理:除反演中心外,每一点有一条确定的极线。每条不过反演中心的直线有一个极点。反演圆上的点,极线是过这点的切线。切线的极点就是切点。其他情况,极线都不过它的极点。如果点在圆外,那么它的极线是过它所引的两条切线的切点的直线。两条直线之间的角,等于它们的极点在反演中心所张的角。

      一条一条来:

      • 除反演中心外,每一点有一条确定的极线:根据定理 §,平面上除反演圆中心外,每一个点有唯一的反演点,那么经过反演点且垂直于连线的垂线也仅有一条。

      • 每条不过反演中心的直线有一个极点:首先经过反演中心且垂直于给定直线的直线有且仅有一条。则垂足关于反演圆的反演点有且只有一个,位于连接反演中心和垂足的垂线上。

      • 反演圆上的点,极线是过这点的切线。切线的极点就是切点:反演圆上的点的反演点与自身重合,那么垂直于经过圆心和圆上一点连线(半径)的直线自然是此圆的切线。反演圆的切线与经过切点的圆的半径垂直,切点的反演点是自身,所以切线的极点就是切点。

      • 其他情况,极线都不过它的极点:可以通过反证法证明。如果不位于反演圆上的点经过了他的极线,则会导致反演中心到点和到极线的距离的乘积都大于/小于反演圆的半径,导致两个点不关于反演圆成反演。

      • 如果点在圆外,那么它的极线是过它所引的两条切线的切点的直线:根据 § 定理,圆外一点与过它所引两条切线切点的连线与连心线的交点呈反演,所以两切点的连心线是圆外给定点的极线。

      • 两条直线之间的角,等于它们的极点在反演中心所张的角:如图所示:

        Pic Exercise 8.1.5.1

        四边形 中有两个直角内角,所以 ,即两直线的夹角等于极点在反演中心张成的圆心角。

  2. §:
    • 定理【已在文中证明】:设一点在另一点的极线上,则第二个点也在第一个点的极线上。

    • 如果几个点共线,那么它们的极线共点;如果几条直线共点,那么他们的极点共线。联结两个点的直线的极点是这两点的极线的交点。

      第一条,按照文中的证明方法,多个共线的极点,它们的极线会在此直线对应的极点处相交。

      第二条,多个共点的极线,它们的极点会处于从交点引出反演圆切线的切点连线上。

      第三条,就是第一条的特殊情况。

  3. §:
  • 定理【已在文中证明】:设由一定点向一圆作割线,在割线与圆相交处作切线,则切线的交点在已知点的极线上。(就是用了一下 § 定理)

  • 逆定理:如果某点位于已知点的极线上,那么过此点作反演圆的切线的切点和已知点共线。

    证明方法类似,基于 §,已知点 位于 的极线上,那么 也一定位于 的极线上。过 作 的切线,切点 和 的连线 是 的极线,则 一定位于 上。

  1. §:
  • 问题【已在文中说明】:由圆外一点作圆的切线。

    文中都说了有啥好证明的,是不是标错了。

  1. §:
  • 定理:设两个点关于一个已知圆共轭,则以这两点为直径两端的圆与已知圆正交。反过来,设两个圆正交,则一个圆的任一条直径的两个端点关于另一个圆共轭。

    如图所示:

    Pic Exercise 12.1.1

    和 是关于 的共轭点,以 为直径的圆 与 相交于 点。直线 是 的极线, 是 的极线。 和 、 和 互为反演点。根据直角关系,可知 和 一定位于 上。

    是 的中线,根据 §,有

    又

    相加有

    代入得

    说明 和 正交,。

    反过来,还是用此图,已知圆 与 正交,所以根据 § 的系, 的反形就是自己。所以直线 和 与 的另一个交点,即 和 。那么直径所对圆周角为直角,即 ,,所以 是 关于反演圆 的极线, 是 关于反演圆 的极线,即直径的两个端点在对方的极线上。

    • 系 a:设 为一个已知圆上的一个定点, 为直径。过 作与已知圆正交的圆,则 关于所有这些正交圆的极线过一个定点,即 。

      过 作与已知圆正交的圆,那么这个圆……一定在点 处与已知圆相交呀……那么 就是正交圆的切点,切线就是直径 ,一定经过点 。

      神经,翻译错了!摘抄自 deepSeek 的翻译: > 若P为给定圆上一固定点,则关于所有与该给定圆正交的圆的P点的极线,必通过一个固定点,该固定点与P在直径上相对。

      如图所示:

      Pic Exercise 12.1.1.1

      连接 ,与 的交点为 。因为 § 的系,可知 是 关于 的反演点。那么经过 并且垂直于 的直线就是 关于 的极线。因为直角圆周角所对的弦一定是直径,所以 的极线一定经过 ,即 的对径点。

    • 系 b:两个共轭点之间的距离,等于它们的中点到圆的切线的两倍。

      根据定理的图可知以共轭点的连线段为直径的圆和反演圆正交,半径等于点到反演圆的切线长,所以两共轭点之间的距离(直径)是直径的两倍,也就是到反演圆切线的长度的两倍。

    • 系 c:一个固定点关于一个共轴圆组中各个圆的极线,通过另一个固定的点。以这两个定点为直径两端的圆与这共轴圆组中的圆正交。

      这个有点难呢……为了证明任意性,我们选取任意两个共轴圆组中的圆,作出固定点到两个圆的极线,观察他们的交点 :

      Pic Exercise 12.1.3.1

      注意到这里用第一类共轴圆组举例。首先,根据 § 定理,我们知道 在 关于 和 的极线上,自然 也在 关于 和 的极线上:

      Pic Exercise 12.1.3.2

      于是根据本节定理,以 为直径的圆一定和两个共轴圆 和 正交:

      Pic Exercise 12.1.3.3

      以 为直径的圆是给定共轴圆组的一个正交圆,那么根据 § 定理,圆 一定正交于给定的共轴圆组。对于给定的第 I 类共轴圆,其共轭共轴圆组一定是第 II 类,极限点是后一组的公共点。所以以 为直径的圆一定经过极限点(即图中的 和 点)。

      接下来说明点 是固定的点,只与 的位置有关。由于圆 是与给定共轴圆共轭的圆,圆心一定在根轴上:

      Pic Exercise 12.1.3.4

      由于 、 和 的位置确定,所以 一定是确定的,那么 的对径点 的位置也一定是确定的,和我们选取的共轴圆组中的圆 和 无关。

      如果是第二类共轴圆组,如图所示:

      Pic Exercise 12.1.3.5

      证明的方法类似,以 为直径的圆与 和 正交,则 是共轭共轴圆组,且以交点 和 为极限点,与 正交。那么过某点与圆正交的圆 是唯一的,所以 是固定点,和 与 的位置无关。

      当 退化成零圆时,共轴圆组称为第 III 类共轴圆组,证明方法类似。

      对于第四类共轴圆组,过点 的根轴互相平行,他们的交点在无穷远处,可以认为是固定点。

      对于第五类共轴圆组,也就是过同一点的所有直线,某点的极线,一定是固定点关于直线的对称点且垂直于连心线的直线。那么可知固定点和其反演点为圆心的圆,一定关于共轴圆(直线)对称,圆心位于共轴圆组的唯一交点处。同样满足条件。

    • 系 d:两个共轭点的距离的平方,等于它们关于圆的幂的和。

      如图所示:

      Pic Exercise 12.1.4.1

      根据此节定理, 一定与 正交,那么

      又 是 的中位线,根据 § a. 的中位线长公式,有

      代入得

  1. §:
  • 定理:一个关于圆的自共轭三角形可以这样作出:任取一个顶点,在它的极线上任取第二个顶点,前两个顶点的极线的交点就是第三个顶点。

    如图所示, 为任一点, 为 的极线上的点, 的极线经过 ,且与 的极线相交于点 。由于 和 关于 共轭,只需要说明 是 的极点即可……

    Pic Exercise 13.1.1

    首先标记出 和 的反演点 和 ,则一定有 ,,所以 是 的垂心,连接 延长至 的交点 , 是垂足。注意到点 、、 和 四点共圆:

    Pic Exercise 13.1.2

    根据圆幂定理有 ,说明 和 关于 互为反演点,经过 且垂直于 的直线 就是点 关于 的极线。

    所以 的每一个定点—对边都是一对极点—极线,所以三角形 就是关于 的自共轭三角形。

  • 定理:设一个完全四角形内接于圆,则它的三个对角线点,即对边的交点,是自共轭三角形的顶点。

    这个有点难,如图所示:

    Pic Exercise 13.2.1

    圆 的内接四角形 所在对边的交点分别为 、 和 。连接 、 和 ,所在直线与三角形 三边所在直线的交点分别为 、 和 。在没有确认三角形是自共轭的前提下,不能认为 和 、 和 还有 和 是反演点。

    用 § 定理就行了,救命。根据 § 定理, 和 在 的极线上,所以 就是 的极线。同样 是 的极线。再根据 § 问题可知三角形 就是自共轭三角形。

  • 定理【已在文中证明】:自共轭三角形的高通过圆心。

球面射影

  1. §:
  • 定理:除北极外,球面上每个点在平面上有一个对应点;平面上每个有限点对应于球面上一个点。平面上,过 的直线对应于经线;以 为圆心的圆对应于纬线。特别地,球的赤道在平面上的对应图形是半径为 的圆。

    • 除北极外,球面上每个点在平面上有一个对应点:首先空间直线和平面的交点数量为 0 个(平行)、1 个(相交)和无数多个(重合),经过球面北极点的直线与平面最多有一个交点。那么除北极外,北极点与球面上的点的连线与平面有且仅有一个交点。
    • 平面上每个有限点对应于球面上一个点:经过北极点和平面上一点的连线一定会与球面相交且有两个交点,因为直线不可能与球面相切。此时不同于北极点的另一个交点就是平面上的点在球面上的对应点。
    • 平面上,过 的直线对应于经线:经过 可做经过 的平面垂直于给定平面,那么平面和球体的交线是球面的大圆,平面上的直线会被映射到大圆上,也即经线。
    • 以 为圆心的圆对应于纬线:以 为圆心的圆到 的距离相等,那么圆上的点在球面上的像到 的距离相等(旋转对称性),轨迹会形成球面上的纬线。
    • 特别地,球的赤道在平面上的对应图形是半径为 的圆:球的赤道映射到平面上的点,到 的距离等于球的直径,是一个半径为 的圆(书中图 35,根据相似关系即可得出)。
  1. §:
  • 定理:设 , 分别为球面与平面上的对应点, 表示角 ,则

    这个不用证明吧,都直接能从图 35 中得出。

  • 系【已在文中证明】:设 , 关于球的赤道对称,则它们在平面上的射影 , 关于圆 互为反演。

    比较奇怪的是为啥 和 互余,不过想想也能知道,假设赤道的那一点为 ,则 ,所以 。

  • 系:任意两个对应点 , 与 共线,并且 。

    共线就不用证明了吧?根据相似性有 ,所以

  1. §:
  • 定理【已在文中证明】:球面射影就是关于球心为 ,直径为 的球的空间反演。

    定理已经在文中证明了,根据 § 的系,,所以可以构造一个以 为圆心的更大的球,半径为 ,这个球与平面相切于 点,一对球面射影关系代表了关于球面 的空间反演关系。