Линейчатая геометрия

Линейчатая геометрия, раздел геометрии, в котором рассматриваются в качестве элементов пространства прямые линии. Как известно, прямая в пространстве определяется четырьмя постоянными — коэффициентами а, b, р, q в уравнениях х = az + р, у = bz + q. Следовательно, величины а, b, р, q можно рассматривать как координаты прямой. Если эти координаты являются функциями одного, двух или трёх параметров, то соответствующие совокупности прямых образуют линейчатые поверхности и т. н. конгруэнции и комплексы прямых. Эти геометрические образы и являются объектом изучения Л. г. Примером линейчатой поверхности может служить однополостный гиперболоид, примером конгруэнции — совокупность общих касательных к двум каким-либо поверхностям, примером комплекса прямых — совокупность касательных к одной какой-либо поверхности.

  Для изучения линейчатых поверхностей, конгруэнций и комплексов прямых с единой точки зрения в Л. г. вводятся так называемые линейные однородные координаты прямой. Пусть заданы две точки M₁(x₁, y₁, z₁) и M₂(x₂, y₂, z₂), тогда линейными однородными координатами прямой, проходящей через эти точки, называют шесть чисел, пропорциональных (или равных) числам:

  x₁= x₁ — x₂, x₂ = y₁ — y₂, x₃ = z₁ — z₂, x₄ = y₁z₂ — y₂z₁, x₅ = x₂z₁ — x₁z₂, x₆ = x₁y₂ — x₂y₁.

  Числа x₁, x₂, x₃ являются компонентами вектора , а x₄, x₅, x₆ — компоненты момента этого вектора относительно начала координат. Легко проверить, что числа x_i удовлетворяют соотношению

  x₁x₄ + x₂x₅ + x₃x₆ = 0. (1)

  Таким образом, каждой прямой соответствуют шесть определяемых с точностью до постоянного множителя чисел x_i, удовлетворяющих соотношению (1), и обратно, числа x_i (не все равные нулю), связанные условием (1), определяют единственным образом некоторую прямую (как её координаты в указанном выше смысле). Одно однородное линейное уравнение

   (2)

  определяет линейный комплекс — совокупность прямых, заполняющих пространство так, что через каждую точку пространства проходит пучок прямых, лежащих в одной плоскости. Таким образом, каждой точке («полюсу») пространства можно поставить в соответствие плоскость («полярную плоскость»), содержащую все прямые комплекса, проходящую через эту точку. Это соответствие называют нулевой системой; оно аналогично соответствию полюсов и полярных плоскостей поверхности 2-го порядка. Если полярные плоскости всех точек пространства проходят через одну прямую (ось), то комплекс состоит из всех прямых, пересекающих ось; его называют специальным линейным комплексом. В этом случае коэффициенты уравнения (2) удовлетворяют условию

  a₁a₄ + a₂a₅ + a₃a₆ = 0.

  Система двух однородных линейных уравнений вида (2) определяет линейную конгруэнцию — совокупность прямых, пересекающих две данные прямые (которые могут быть и мнимыми). Три однородных линейных уравнения определяют линейчатую поверхность, являющуюся в этом случае либо однополостным гиперболоидом, либо гиперболическим параболоидом.

  Линейные однородные координаты прямой были введены Ю. Плюккером в 1846. Он же подробно изучил теорию линейного комплекса. В дальнейшем Л. г. разрабатывалась в работах Ф. Клейна и русского математика А. П. Котельникова. Дифференциальная геометрия конгруэнций, начатая Э. Куммером в 1860, получила большое развитие в трудах итальянских математиков Л. Бианки, Г. Санниа и французского математика А. Рибокура. На основе созданного в 1895 Котельниковым «винтового» исчисления советским математиком Д. Н. Зейлигером развита теория линейчатых поверхностей и конгруэнций. Проективная теория конгруэнций построена в 1927 советским математиком С. П. Финиковым.

  Лит.: Зейлигер Д. Н., Комплексная линейчатая геометрия. Поверхности и конгруэнции, Л. — М., 1934; Фиников С. П., Теория поверхностей, М. — Л., 1934; его же, Проективно-дифференциальная геометрия, М. — Л.,1937; его же, Теория конгруэнций, М. — Л., 1950; Каган В. Ф., Основы теории поверхностей в тензорном изложении, ч. 1—2, М. — Л., 1947—48; Клейн Ф., Высшая геометрия, пер.(перевод) с нем.(немецкий), М. — Л., 1939; Zindler К., Liniengeometrie, Bd 1—2, Lpz., 1902—06.

  Э. Г. Позняк.