Масштабтау (геометрия) - Scaling (geometry)

Бұл мақала үшін қосымша дәйексөздер қажет тексеру. Өтінемін көмектесіңіз осы мақаланы жақсарту арқылы дәйексөздерді сенімді дерек көздеріне қосу. Ресурссыз материалға шағым жасалуы және алынып тасталуы мүмкін. Дереккөздерді табу: «Масштабтау» геометриясы  – жаңалықтар  · газеттер  · кітаптар  · ғалым  · JSTOR (Сәуір 2008 ж) (Бұл шаблон хабарламасын қалай және қашан жою керектігін біліп алыңыз)

Әрбір қайталануы Сиерпинский үшбұрышы 1/2 масштаб коэффициенті бойынша келесі итерацияға байланысты үшбұрыштардан тұрады

Жылы Евклидтік геометрия, біркелкі масштабтау (немесе изотропты масштабтау^[1]) Бұл сызықтық түрлендіру объектілерді үлкейтетін (кішірейтетін) немесе кішірейтетін (кішірейтетін) а масштабты фактор бұл барлық бағыттарда бірдей. Біркелкі масштабтаудың нәтижесі ұқсас (геометриялық мағынада) түпнұсқаға дейін. Шкала коэффициентіне әдетте 1 рұқсат етіледі, осылайша үйлесімді пішіндер де ұқсас деп жіктеледі. Біркелкі масштабтау, мысалы, а ұлғайту немесе азайту кезінде болады фотосурет, немесе құру кезінде масштабты модель ғимарат, автомобиль, ұшақ және т.б.

Толығырақ масштабтау әрбір ось бағыты үшін бөлек масштаб коэффициентімен. Біркелкі емес масштабтау (анизотропты масштабтау) масштабтау факторларының кем дегенде біреуі басқалардан өзгеше болған кезде алынады; ерекше жағдай бағытталған масштабтау немесе созылу (бір бағытта). Біркелкі емес масштабтау өзгертеді пішін объектінің; мысалы квадрат тіктөртбұрышқа немесе параллелограммға өзгеруі мүмкін, егер квадраттың қабырғалары масштабтау осіне параллель болмаса (осьтерге параллель түзулер арасындағы бұрыштар сақталса, бірақ барлық бұрыштар емес). Бұл, мысалы, қашықтағы билбордты аннан қараған кезде пайда болады қиғаш бұрыш, немесе жазық заттың көлеңкесі оған параллель емес бетке түскенде.

Масштаб коэффициенті 1-ден үлкен болғанда, кейде масштабтау деп те аталады кеңейту немесе ұлғайту. Масштаб коэффициенті 1-ден кіші оң сан болғанда, кейде масштабтау деп те аталады жиырылу.

Жалпы мағынада масштабтауға масштабтау бағыттары перпендикуляр емес жағдай кіреді. Оған бір немесе бірнеше масштабты фактор нөлге тең болатын жағдай да кіреді (болжам ), ал бір немесе бірнеше теріс масштабты факторлардың жағдайы (-1-ге бағытталған масштабтау а-ға тең болады шағылысу ).

Масштабтау - бұл сызықтық түрлендіру, және ерекше жағдай гомотетикалық трансформация. Көп жағдайда гомотетикалық түрлендірулер сызықтық емес түрлендірулер болып табылады.

Матрицаны ұсыну

Масштабты масштабтау арқылы көрсетуге болады матрица. Затты масштабтау үшін а вектор v = (v_х, v_ж, v_з), әр тармақ б = (б_х, б_ж, б_з) масштабтау матрицасымен көбейту керек еді:

${ displaystyle S_ {v} = { begin {bmatrix} v_ {x} & 0 & 0 0 & v_ {y} & 0 0 & 0 & v_ {z} end {bmatrix}}.}$

Төменде көрсетілгендей, көбейту күтілген нәтиже береді:

${ displaystyle S_ {v} p = { begin {bmatrix} v_ {x} & 0 & 0 0 & v_ {y} & 0 0 & 0 & v_ {z} end {bmatrix}} { begin {bmatrix} p_ {x } p_ {y} p_ {z} end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} v_ {x} p_ {x} v_ {y} p_ {y} v_ {z} p_ {z} end {bmatrix}}.}$

Мұндай масштабтау өзгертеді диаметрі масштабты факторлар арасындағы фактор бойынша объектінің, аудан екі масштабты фактордың ең кіші және ең үлкен өнімі арасындағы фактормен және көлем үшеуінің өнімі бойынша.

Масштабтау біркелкі егер және егер болса масштабтау коэффициенттері тең (v_х = v_ж = v_з). Егер масштаб факторларының біреуінен басқаларының барлығы 1-ге тең болса, бізде бағытты масштабтау болады.

Бұл жағдайда v_х = v_ж = v_з = k, масштабтау кез-келген беттің ауданын көбейтеді к² және кез-келген қатты заттың көлемі к³.

Ерікті өлшемдерде масштабтау

Жылы ${ displaystyle n}$-өлшемдік кеңістік ${ displaystyle mathbb {R} ^ {n}}$, коэффициент бойынша біркелкі масштабтау ${ displaystyle v}$ арқылы жүзеге асырылады скалярлық көбейту бірге ${ displaystyle v}$, яғни әр нүктенің әрбір координатасын көбейту ${ displaystyle v}$. Сызықтық түрлендірудің ерекше жағдайы ретінде оған әр нүктені (бағаналы вектор ретінде қарастырылған) көбейту арқылы қол жеткізуге болады. қиғаш матрица оның диагональдағы жазбалары барлығы тең ${ displaystyle v}$, атап айтқанда ${ displaystyle vI}$ .

Біркелкі емес масштабтау кез-келгенге көбейту арқылы жүзеге асырылады симметриялық матрица. The меншікті мәндер матрицаның масштабты факторлары, сәйкесінше меншікті векторлар әрбір шкалалық фактор қолданылатын осьтер. Ерекше жағдай - бұл кездейсоқ сандармен диагональды матрица ${ displaystyle v_ {1}, v_ {2}, ldots v_ {n}}$ диагональ бойымен: масштабтау осьтері координаталық осьтер, ал трансформация шкалалары әр ось бойынша ${ displaystyle i}$ фактор бойынша ${ displaystyle v_ {i}}$.

Нөлдік емес масштабты коэффициентпен біркелкі масштабтағанда, барлық нөлдік емес векторлар бағытын сақтайды (басынан көрініп тұрғандай) немесе масштабтау коэффициентінің белгісіне байланысты барлық бағыт өзгертілген. Біркелкі емес масштабта тек анға жататын векторлар өзіндік кеңістік бағытын сақтайды. Әр түрлі өзіндік кеңістікке жататын нөлдік емес векторлардың қосындысы болатын вектор меншікті кеңістігі бар жеке кеңістікке қарай еңкейтіледі.

Біртекті координаттарды қолдану

Жылы проективті геометрия, жиі қолданылады компьютерлік графика, нүктелер көмегімен ұсынылған біртекті координаттар. Затты масштабтау үшін а вектор v = (v_х, v_ж, v_з), әрбір біртекті координаталық вектор б = (б_х, б_ж, б_з, 1) осымен көбейту керек болар еді проективті түрлендіру матрица:

${ displaystyle S_ {v} = { begin {bmatrix} v_ {x} & 0 & 0 & 0 0 & v_ {y} & 0 & 0 0 & 0 & v_ {z} & 0 0 & 0 & 0 & 0 & 1 end {bmatrix}}.}$

Төменде көрсетілгендей, көбейту күтілген нәтиже береді:

${ displaystyle S_ {v} p = { begin {bmatrix} v_ {x} & 0 & 0 & 0 0 & v_ {y} & 0 & 0 0 & 0 & v_ {z} & 0 0 & 0 & 0 & 1 & end {bmatrix}} { begin {bmatrix} p_ {x} p_ {y} p_ {z} 1 end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} v_ {x} p_ {x} v_ {y} p_ {y} v_ {z} p_ {z} 1 end {bmatrix}}.}$

Біртекті координатаның соңғы компоненті қалған үш компоненттің бөлгіші ретінде қарастырылуы мүмкін болғандықтан, ортақ коэффициент бойынша біркелкі масштабтау с (біркелкі масштабтау) мына масштабтау матрицасын қолдану арқылы жүзеге асырылады:

${ displaystyle S_ {v} = { begin {bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 0 & 1 & 0 & 0 0 & 0 & 1 & 0 0 & 0 & 0 & { frac {1} {s}} end {bmatrix}}.}$

Әрбір вектор үшін б = (б_х, б_ж, б_з, 1) бізде болар еді

${ displaystyle S_ {v} p = { begin {bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 0 & 1 & 0 & 0 & 0 0 & 0 & 1 & 0 0 & 0 & 0 & { frac {1} {s}} end {bmatrix}} { begin {bmatrix} p_ {x } p_ {y} p_ {z} 1 end {bmatrix}} = { begin {bmatrix} p_ {x} p_ {y} p_ {z} { frac {1} {s}} end {bmatrix}},}$

тең болатын еді

${ displaystyle { begin {bmatrix} sp_ {x} sp_ {y} sp_ {z} 1 end {bmatrix}}.}$

Функцияның кеңеюі және жиырылуы

Нүкте берілген ${ displaystyle P (x, y)}$, кеңею оны нүктемен байланыстырады ${ displaystyle P '(x', y ')}$ теңдеулер арқылы${ displaystyle { begin {case} x '= mx y' = ny end {case}}}$ үшін ${ displaystyle m, n in mathbb {R} ^ {+}}$.

Сондықтан функция берілген ${ displaystyle y = f (x)}$, кеңейтілген функцияның теңдеуі мынада

${ displaystyle y = nf сол ({ frac {x} {m}} оң).}$

Ерекше жағдайлар

Егер ${ displaystyle n = 1}$, трансформация көлденең; қашан ${ displaystyle m> 1}$, бұл кеңейту, қашан ${ displaystyle m <1}$, бұл жиырылу.

Егер ${ displaystyle m = 1}$, трансформация тік болады; қашан ${ displaystyle n> 1}$ бұл кеңейту, қашан ${ displaystyle n <1}$, бұл жиырылу.

Егер ${ displaystyle m = 1 / n}$ немесе ${ displaystyle n = 1 / m}$, түрлендіру а қысу картаға түсіру.

Сондай-ақ қараңыз

• Кеңейту (метрикалық кеңістік)
• Біртекті функция
• Гомотетикалық трансформация
• Масштаб (қатынас)
• Масштаб (карта)
• Масштаб модельдерінің масштабтары
• Масштаб (айыру)
• Ауырлық күшіндегі масштабтау
• Кескінді қысу
• Трансформация матрицасы

Сілтемелер

Сыртқы сілтемелер

• 2D масштабтауды түсіну және 3D масштабтауды түсіну Роджер Гермундссон, Wolfram демонстрациясы жобасы.