射影幾何與對偶

完全四角形(complete quadrangle)

取平面上四個點,其中任三點不共線,並畫出能通過其中任兩點的每一條線。四個點兩兩配成六條線——而這六條線除了原來的點之外,又交出三個全新的點。這整幅由四點、六線與三個額外交點組成的圖形,就是完全四角形。它是射影幾何學家僅憑一把直尺構造特殊點的基本工具。

細說如下。把四個點(頂點)標為 A、B、C、D,處於一般位置。六條邊是線 AB、CD、AC、BD、AD、BC。它們自然分成三對對邊:AB 與 CD、AC 與 BD、AD 與 BC。每對對邊交於一點;這三個交點 P = AB . CD、Q = AC . BD、R = AD . BC 稱為對角點,它們構成的三角形 PQR 稱為對角三角形。妙處在於:對角三角形每一邊上,此圖都標出一個完美的調和組:例如在過兩個對角點的線上,落在其上的兩個四角形頂點,對那兩個對角點互為調和共軛。這正是僅用直尺求調和共軛的做法。

完全四角形之所以重要,在於它僅用接合就製造出調和關係(交比 -1)——不量、不用圓規——故它是射影作圖與圓錐曲線射影定義的基石。請注意名稱的講究:完全四角形是四個「點」與其六條「連線」;其對偶——完全四線形——是四條「線」與其六個「交點」——別把兩者混淆,也別把任一者與只有四條邊(而非六條)的尋常四邊形混淆。在實射影平面中,三個對角點永不共線(此事在別的「特徵 2」情境中可能失效)。

頂點 A、B、C、D 構成四角形;其六邊給出對角點 P = AB . CD、Q = AC . BD、R = AD . BC。在線 QR 上,落在其上的兩個頂點連同 Q、R 構成一個調和組——故此作圖僅憑直尺,就交給你任一選定點對另兩點的調和共軛。

四點、六線、三對角點——且對角三角形每一邊上都有一個調和組。

區分三種圖形:完全四角形(4 點、6 線)、其對偶完全四線形(4 線、6 點)、以及尋常四邊形(4 點、4 邊)。對角三角形的調和性質就是僅用直尺作調和共軛的方法,並支撐圓錐曲線極點極線的射影定義。

又称
complete four-point完全四點形完全四邊形(對偶)