射影幾何與對偶
無窮遠點(point at infinity)
畫家以透視法畫拼花地板時,會讓地磚向遠處退去的邊緣匯聚到地平線上的一個小點,即「消失點」。那個點並非房間裡真實的位置——沒有任何地磚抵達它——然而圖畫把它當成一個再正當不過的點,平行的邊就在那裡相交。無窮遠點正是這個想法的精確化:對平面的每個方向各添一個新點,宣告該方向所有直線都在此相交。
精確的規則如下。歐氏平面中兩條線方向相同(即平行),恰當它們斜率相同。把直線按斜率分組;對每個斜率類添一個新點,即它的無窮遠點,並規定該類中每條線都通過這唯一的點。於是所有斜率為 2 的線如今都交於「斜率 2 的無窮遠點」;所有鉛直線都交於「鉛直的無窮遠點」。原本就與別線相交的線保有其普通交點;原本平行的線如今交於它們共有的無窮遠點。在齊次座標 (x : y : z) 中,無窮遠點就是 z = 0 者,例如 (1 : 2 : 0) 是斜率 2 方向的無窮遠點。
好處在於:那條惱人的例外「兩線交於一點,除非平行」消失了:補上無窮遠點後,任兩相異線恰好交於一點,再無但書。值得直白提醒一點:一條線與把它箭頭反轉後得到的線,指向同一個無窮遠點——這裡的方向指的是斜率,是無號的指向,而非單向箭頭。故一條線只有一個無窮遠點,不是兩個。
站在筆直向北延伸的鐵軌之間。兩條軌道方向相同,故共有一個無窮遠點——地平線上的「北方」點——畫面顯示它們在那裡相交。一條東西向橫越的道路方向不同,擁有自己另一個相異的、位於東方的無窮遠點。
每個方向一個消失點;反向的兩半線共用它,因為方向無號。
無窮遠點是射影平面中一個真正的點,不是一個數,也不是數線上的「正無窮」。別把它和微積分的無窮符號混淆:這裡沒有「越來越接近」的運算,只是每個方向上多出的一個點。
又称
另见