變換、等距變換、對稱與鑲嵌

反射(reflection)

反射是越過一條線的翻轉,恰如你在平面鏡中看到的像。那條線扮演鏡子的角色;一側的每個點被複製到另一側、與線等距離、正對面的對應點。鏡中的你在你舉右手時舉起左手——這左右互換正是反射不會認錯的標記。

精確地說,對一條線 m(軸或鏡線)的反射,把每個點 P 送到使 m 為線段 PP' 的垂直平分線的點 P'——即 PP' 與 m 垂直相交,且被 m 切成相等兩半。落在 m 上的點完全不動;它們全是不動點,所以反射的不動點集是整條鏡線,而非單一點。兩個乾淨的座標情形:對 x 軸反射把 (x, y) 送到 (x, -y);對直線 y = x 反射把 (x, y) 送到 (y, x)。反射保持距離(它是等距變換)卻反轉定向:依逆時針標記的三角形變成順時針。同一反射做兩次,每個點都回到起點。

反射是平面對稱真正的基石:三反射定理說每個平面等距變換都是至多三次反射的乘積,故反射生成一切剛體運動。當某個反射把圖形映到自身時,圖形便有線對稱(又稱反射對稱或鏡像對稱)——人臉、蝴蝶與正多邊形都帶有這樣的鏡線。誠實的提醒:因為反射反轉定向,一個形狀與它的鏡像雖全等,卻未必能在平面內滑動疊合(想想一隻左鞋與一隻右鞋)。

將三角形 A(1, 1)、B(4, 1)、C(4, 3) 對 x 軸反射。每個 (x, y) 變成 (x, -y):A' = (1, -1)、B' = (4, -1)、C' = (4, -3)。像落在軸下方,是鏡像雙生;其各邊長與原圖吻合,但若 ABC 依逆時針標記,A'B'C' 現在讀成順時針——定向翻轉了。

鏡線是每段「點到像」線段的垂直平分線;定向反轉。

反射反轉定向,故為相反等距變換——單次翻轉絕無法靠平面內的任何滑動加轉動重現。這正是左手套與右手套互為鏡像、卻無法靠滑動全等的原因。

又稱
a flipmirror reflection鏡射翻轉