自對偶構形(self-dual configuration)
對偶原理藉由對調點與線的角色,把任何射影圖形變成一個對偶圖形。通常對偶看起來與原圖不同。但有些圖形如此對稱,以致對調之後,你得回一個形狀完全相同的圖形——點與線的數目相同、以相同的模式相連。這樣的圖形稱為自對偶,它們是射影幾何中最優雅的對象之一。
為使「相同形狀」精確,幾何學家以類型記錄一個構形,寫成 (p_a, l_b):它有 p 個點與 l 條線,每個點落在其中 a 條線上、每條線通過其中 b 個點。對偶對調點與線,故對偶構形的類型是 (l_b, p_a)。一個構形是自對偶的,當這個對偶類型與原型相符——這要求至少 p = l 且 a = b,再加上接合模式的真正相符,而非僅數目相等。三角形是最簡單的例子:3 點 3 線,類型 (3_2, 3_2),對偶把它送到同類型的圖形——頂點變邊、邊變頂點,三角形映到自身。笛沙格構形是較豐富的例子:10 點 10 線,每點在 3 線上、每線過 3 點,類型 (10_3, 10_3),它之所以自對偶,正因笛沙格定理與其逆互為對偶陳述。
自對偶構形之所以重要,在於它們揭示對偶在何處不僅是工具、更是圖形本身內建的對稱,且它們正是定理與自己的對偶重合之處(故你一舉證得兩個結果)。一個誠實的提醒:類型數 (p_a, l_b) 相符是自對偶的必要而非充分條件——你還需要一個實際的對偶(一個相關,常是來自圓錐曲線的配極)把構形的點送到它的線、並尊重一切接合。數目相等可能只是巧合;真正的自對偶構形附帶著實現該對稱的映射。
笛沙格構形的類型是 (10_3, 10_3):十點、十線,每點在三線上、每線過三點。透過對偶對調點與線,得回同類型的構形並映到原型——這正是笛沙格定理自對偶的陳述(其逆是它自己的對偶)。樸實的三角形 (3_2, 3_2) 是最小的自對偶構形。
對偶後得回同類型的圖形——三角形與笛沙格構形都是自對偶的。
類型數相等((p_a, l_b) 且 p = l、a = b)是必要而非充分條件:真正的自對偶需要一個實際的對偶(相關/配極)把點送到線並保留每一接合。兩個構形可能偶然同類型而彼此並非對偶。