~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Arc.Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Номер скриншота №:
✰ 5CEEDEFAAA3B4EC71BC716B9A0FB1E85__1715494260 ✰
Заголовок документа оригинал.:
✰ Line–line intersection - Wikipedia ✰
Заголовок документа перевод.:
✰ Пересечение линий — Википедия ✰
Снимок документа находящегося по адресу (URL):
✰ https://en.wikipedia.org/wiki/Line-line_intersection ✰
Адрес хранения снимка оригинал (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/5c/85/5ceedefaaa3b4ec71bc716b9a0fb1e85.html ✰
Адрес хранения снимка перевод (URL):
✰ https://arc.ask3.ru/arc/aa/5c/85/5ceedefaaa3b4ec71bc716b9a0fb1e85__translat.html ✰
Дата и время сохранения документа:
✰ 13.06.2024 18:07:57 (GMT+3, MSK) ✰
Дата и время изменения документа (по данным источника):
✰ 12 May 2024, at 09:11 (UTC). ✰ 

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Ask3.Ru ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 
Сервисы Ask3.ru: 
 Архив документов (Снимки документов, в формате HTML, PDF, PNG - подписанные ЭЦП, доказывающие существование документа в момент подписи. Перевод сохраненных документов на русский язык.)https://arc.ask3.ruОтветы на вопросы (Сервис ответов на вопросы, в основном, научной направленности)https://ask3.ru/answer2questionТоварный сопоставитель (Сервис сравнения и выбора товаров) ✰✰
✰ https://ask3.ru/product2collationПартнерыhttps://comrades.ask3.ru


Совет. Чтобы искать на странице, нажмите Ctrl+F или ⌘-F (для MacOS) и введите запрос в поле поиска.
Arc.Ask3.ru: далее начало оригинального документа

Пересечение линий — Википедия Jump to content

Пересечение линий

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
(Перенаправлено с пересечения линий )
Две пересекающиеся линии

В евклидовой геометрии пересечение прямой и прямой может быть пустым множеством , точкой или другой линией . Различение этих случаев и поиск пересечений находят применение, например, в компьютерной графике , планировании движения и обнаружении столкновений .

В трехмерной евклидовой геометрии, если две прямые не лежат в одной плоскости , они не имеют точки пересечения. [ нужна цитата ] и называются косыми линиями . Однако если они находятся в одной плоскости, есть три возможности: если они совпадают (не являются различными линиями), они имеют бесконечное количество общих точек (а именно, все точки на любой из них); если они различны, но имеют одинаковый наклон , то говорят, что они параллельны и не имеют общих точек; в противном случае они имеют одну точку пересечения.

Отличительными признаками неевклидовой геометрии являются количество и расположение возможных пересечений двух прямых и количество возможных прямых без пересечений (параллельных линий) с данной прямой. [ нужны дальнейшие объяснения ]

Formulas[editФормулы

Необходимым условием пересечения двух линий является то, что они находятся в одной плоскости, то есть не являются наклонными линиями. Удовлетворение этого условия эквивалентно тетраэдру , вершины которого в двух точках на одной прямой и в двух точках на другой прямой вырождены в смысле нулевого объема . Алгебраическую форму этого условия см. в разделе «Наклонные линии» § Проверка на асимметрию .

Учитывая две точки в каждой строке [ править ]

рассмотрим пересечение двух линий и в L2 ) определяется двумерном пространстве, причем линия двумя ) различными ( x1 , L1 y1 мы является и ( x2 , , y2 Сначала L1 линия L2 а точками определяется двумя различными точками ( x 3 , y 3 ) и ( x 4 , y 4 ) . [1]

Пересечение P линий L 1 и L 2 можно определить с помощью определителей .

Определители можно записать в виде:

Когда две линии параллельны или совпадают, знаменатель равен нулю.

Даны две точки на каждом отрезке [ править ]

Точка пересечения выше предназначена для бесконечно длинных линий, определяемых точками, а не для сегментов линий между точками, и может создавать точку пересечения, не содержащуюся ни в одном из двух сегментов линии. Чтобы найти положение пересечения относительно отрезков прямой, мы можем определить линии L 1 и L 2 в терминах параметров Безье первой степени :

(где t и u — действительные числа). Точка пересечения линий находится при одном из следующих значений t или u , где

и

с

Пересечение произойдет, если 0 ≤ t ≤ 1 и 0 ≤ u ≤ 1 . Точка пересечения попадает в первый сегмент прямой, если 0 ≤ t ≤ 1 , и попадает во второй сегмент, если 0 ≤ u ≤ 1 . Эти неравенства можно проверить без необходимости деления, что позволяет быстро определить наличие пересечения любого отрезка линии перед вычислением его точной точки. [2]

Учитывая две линии уравнений [ править ]

Координаты x и y точки пересечения двух невертикальных прямых можно легко найти с помощью следующих замен и перестановок.

Предположим, что две линии имеют уравнения y = ax + c и y = bx + d , где a и b наклоны (градиенты) линий, а c и d точки пересечения y линий. В точке пересечения двух линий (если они пересекаются) обе координаты y будут одинаковыми, отсюда следует следующее равенство:

Мы можем изменить это выражение, чтобы извлечь значение x ,

и так,

Чтобы найти координату y , все, что нам нужно сделать, это подставить значение x в любое из двух уравнений линии, например, в первое:

Следовательно, точка пересечения

Обратите внимание, что если a = b , то две прямые параллельны . Если также c d , линии разные и пересечения нет, в противном случае две линии идентичны и пересекаются в каждой точке.

Использование однородных координат [ править ]

Используя однородные координаты , точку пересечения двух неявно определенных линий можно определить довольно легко. В 2D каждая точка может быть определена как проекция 3D-точки, заданной как упорядоченная тройка ( x , y , w ) . Отображение трехмерных координат в двухмерные: ( x ′, y ′) = ( х / ж , г / ж ) . Мы можем преобразовать 2D-точки в однородные координаты, определив их как ( x , y , 1) .

Предположим, мы хотим найти пересечение двух бесконечных линий в 2-мерном пространстве, определяемых как a 1 x + b 1 y + c 1 = 0 и a 2 x + b 2 y + c 2 = 0 . Мы можем представить эти две линии в линейных координатах как U 1 = ( a 1 , b 1 , c 1 ) и U 2 = ( a 2 , b 2 , c 2 ) . Пересечение P двух прямых тогда просто определяется выражением [3]

Если c p = 0 , линии не пересекаются.

Более двух строк [ править ]

Пересечение двух линий можно обобщить, включив в него дополнительные линии. Существование и выражение проблемы пересечения n -прямых заключаются в следующем.

В двух измерениях [ править ]

В двух измерениях более двух линий почти наверняка не пересекаются в одной точке. Чтобы определить, существуют ли они, и если да, то найти точку пересечения, запишите i -е уравнение ( i = 1, …, n ) как

и сложим эти уравнения в матричную форму как

где i-я строка размера n × 2 матрицы A равна [ a i 1 , a i 2 ] , w — вектор 2 × 1 [ Икс
y
]
, а i- й элемент вектора-столбца b равен b i . Если A имеет независимые столбцы, ее ранг равен 2. Тогда тогда и только тогда, когда ранг дополненной матрицы [ A | b ] также равно 2, существует решение матричного уравнения и, следовательно, точка пересечения n строк. Точка пересечения, если она существует, определяется выражением

где г является обобщенной инверсией Мура-Пенроуза к A (которая имеет показанную форму, поскольку A имеет полный ранг столбца). Альтернативно решение можно найти путем совместного решения любых двух независимых уравнений. Но если ранг A равен только 1, то если ранг дополненной матрицы равен 2, решения нет, а если ее ранг равен 1, то все строки совпадают друг с другом.

В трёх измерениях [ править ]

Описанный выше подход можно легко распространить на три измерения. В трех и более измерениях даже две линии почти наверняка не пересекаются; пары непараллельных прямых, не пересекающихся, называются косыми . Но если пересечение действительно существует, его можно найти следующим образом.

В трех измерениях линия представляется пересечением двух плоскостей, каждая из которых имеет уравнение вида

Таким образом, набор из n линий может быть представлен 2 n уравнениями в трехмерном координатном векторе w :

где теперь A равно 2 n × 3 , а b равно 2 n × 1 . Как и прежде, существует единственная точка пересечения тогда и только тогда, когда A имеет полный ранг столбца и дополненную матрицу [ A | b ] нет, и уникальное пересечение, если оно существует, определяется выражением

Ближайшие точки для наклона линий [ править ]

PQ, кратчайшее расстояние между двумя наклонными линиями AB и CD перпендикулярно AB и CD.

В двух или более измерениях мы обычно можем найти точку, которая взаимно ближе всего к двум или более линиям в смысле наименьших квадратов .

В двух измерениях [ править ]

В двумерном случае сначала представьте линию i как точку p i на прямой и единичный вектор нормали i , перпендикулярный этой линии. То есть, если x 1 и x 2 являются точками на прямой 1, то пусть p 1 = x 1 и пусть

который является единичным вектором вдоль линии, повернутой на прямой угол.

Расстояние от точки x до линии ( p , ) определяется выражением

Итак, квадрат расстояния от точки x до прямой равен

Сумма квадратов расстояний до многих линий представляет собой функцию стоимости :

Это можно переставить:

Чтобы найти минимум, продифференцируем по x и приравняем результат к нулевому вектору:

так

и так

В более чем двух измерениях [ править ]

Хотя i не определен четко более чем в двух измерениях, это можно обобщить на любое количество измерений, отметив, что i i Т представляет собой просто симметричную матрицу со всеми собственными значениями, за исключением нулевого собственного значения в направлении вдоль линии, обеспечивающего полунорму расстояния между pi и другой точкой , задающей расстояние до линии. В любом количестве измерений, если i — единичный вектор вдоль й i- прямой, то

становится

где I единичная матрица , и так [4]

Общий вывод [ править ]

Чтобы найти точку пересечения набора прямых, вычисляем точку с минимальным расстоянием до них. Каждая линия определяется началом координат a i и единичным вектором направления i . Квадрат расстояния от точки p до одной из прямых дан у Пифагора:

где ( п - а я ) Т i — это проекция p a i на линию i . Сумма расстояний от квадрата до всех линий равна

Чтобы минимизировать это выражение, продифференцируем его по p .

что приводит к

где I единичная матрица . Это матрица Sp = C с решением p = S + C , где S + является псевдообратным S .

Неевклидова геометрия [ править ]

Слева направо: евклидова геометрия, сферическая геометрия и гиперболическая геометрия.
Слева направо: евклидова геометрия, сферическая геометрия и гиперболическая геометрия.

В сферической геометрии любые два больших круга пересекаются. [5]

В гиперболической геометрии , если дана любая линия и любая точка, через эту точку проходит бесконечно много прямых, не пересекающих данную прямую. [5]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Вайсштейн, Эрик В. «Пересечение линий-линий» . Математический мир . Проверено 10 января 2008 г.
  2. ^ Антонио, Франклин (1992). «Глава IV.6: Пересечение сегментов более быстрой линии». В Кирке, Дэвиде (ред.). Графические драгоценности III . Academic Press, Inc., стр. 199–202. ISBN  0-12-059756-Х .
  3. ^ Берчфилд, Стэнли (23 апреля 1998 г.). «Однородные координаты» . robotics.stanford.edu . Архивировано из оригинала 29 сентября 2000 г. Проверено 18 августа 2015 г.
  4. ^ Траа, Йоханнес (2013). «Пересечение линий методом наименьших квадратов» (PDF) . Cal.cs.illinois.edu . Архивировано из оригинала (PDF) 12 сентября 2017 г. Проверено 30 августа 2018 г.
  5. ^ Перейти обратно: а б «Исследование гиперболического пространства» (PDF) . math.berkeley.edu . Проверено 3 июня 2022 г.

Внешние ссылки [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец оригинального документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5CEEDEFAAA3B4EC71BC716B9A0FB1E85__1715494260
URL1:https://en.wikipedia.org/wiki/Line-line_intersection
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Line–line intersection - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть, любые претензии не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, денежную единицу можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)