वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा

ज्यामिति में, एक वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा वास्तविक संख्याओं के ऊपर एक प्रक्षेप्य रेखा होती है। यह एक रेखा (ज्यामिति) की सामान्य अवधारणा का विस्तार है जिसे ऐतिहासिक रूप से दृश्य परिप्रेक्ष्य (दृश्य) द्वारा निर्धारित समस्या को हल करने के लिए पेश किया गया है: दो समानांतर रेखाएं प्रतिच्छेद नहीं करती हैं बल्कि अनंत पर प्रतिच्छेद करती प्रतीत होती हैं। इस समस्या को हल करने के लिए, अनंत पर बिंदुओं को इस तरह से पेश किया गया है कि एक वास्तविक प्रक्षेप्य तल में, दो अलग-अलग प्रक्षेप्य रेखाएं बिल्कुल एक बिंदु पर मिलती हैं। अनंत पर इन बिंदुओं का सेट, विमान में दृश्य परिप्रेक्ष्य का क्षितिज, एक वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा है। यह किसी भी बिंदु पर स्थित पर्यवेक्षक से निकलने वाली दिशाओं का समूह है, जिसमें विपरीत दिशाओं की पहचान की जाती है।

वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा का एक उदाहरण प्रक्षेप्य रूप से विस्तारित वास्तविक रेखा है, जिसे अक्सर द प्रक्षेप्य रेखा कहा जाता है।

औपचारिक रूप से, एक वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा P(R) को वास्तविकताओं पर द्वि-आयामी वेक्टर स्थान के सभी एक-आयामी रैखिक उप-स्थानों के सेट के रूप में परिभाषित किया गया है। वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा की स्वचालितता  को प्रक्षेप्य परिवर्तन, होमोग्राफी, या रैखिक भिन्नात्मक परिवर्तन कहा जाता है। वे प्रक्षेप्य रैखिक समूह PGL(2, R) बनाते हैं। पीजीएल (2, आर) के प्रत्येक तत्व को एक गैर-एकवचन मैट्रिक्स 2×2 वास्तविक मैट्रिक्स द्वारा परिभाषित किया जा सकता है, और दो मैट्रिक्स पीजीएल (2, आर) के एक ही तत्व को परिभाषित करते हैं यदि एक दूसरे का उत्पाद है और एक गैर-शून्य वास्तविक संख्या है।

स्थलाकृतिक रूप से, वास्तविक प्रक्षेप्य रेखाएं वृत्तों के समरूप होती हैं। वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा का जटिल एनालॉग एक जटिल प्रक्षेप्य रेखा है, जिसे रीमैन क्षेत्र भी कहा जाता है।

परिभाषा
वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा के बिंदुओं को आमतौर पर समतुल्य संबंध के समतुल्य वर्गों के रूप में परिभाषित किया जाता है। प्रारंभिक बिंदु आयाम 2 का एक वास्तविक सदिश समष्टि है, $V$. पर परिभाषित करें $V ∖ 0$ द्विआधारी संबंध $v ~ w$ जब कोई शून्येतर वास्तविक संख्या मौजूद हो तो उसे पकड़ना $t$ ऐसा है कि $v = tw$. सदिश समष्टि की परिभाषा से लगभग तुरंत ही पता चलता है कि यह एक तुल्यता संबंध है। तुल्यता वर्ग वे सदिश रेखाएँ हैं जिनसे शून्य सदिश हटा दिया गया है। वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा $P(V)$ सभी समतुल्य वर्गों का समुच्चय है। प्रत्येक समतुल्य वर्ग को एक एकल बिंदु माना जाता है, या, दूसरे शब्दों में, एक बिंदु को एक समतुल्य वर्ग के रूप में परिभाषित किया जाता है।

यदि कोई आधार चुनता है $V$, यह पहचानने के लिए (इसके समन्वय वेक्टर के साथ एक वेक्टर की पहचान करके) राशि है $V$ प्रत्यक्ष उत्पाद के साथ $R × R = R^{2}$, और तुल्यता संबंध बन जाता है $(x, y) ~ (w, z)$ यदि कोई शून्येतर वास्तविक संख्या मौजूद है $t$ ऐसा है कि $(x, y) = (tw, tz)$. इस मामले में, प्रक्षेप्य रेखा $P(R^{2})$ को अधिमानतः दर्शाया गया है $P^{1}(R)$ या $$ \mathbb{R}\mathbb{P}^1$$. युग्म का तुल्यता वर्ग $(x, y)$ पारंपरिक रूप से दर्शाया गया है $[x: y]$, नोटेशन में कोलन यह याद दिलाता है कि, यदि $y ≠ 0$, अनुपात $x : y$ समतुल्य वर्ग के सभी तत्वों के लिए समान है। यदि एक बिंदु $P$ समतुल्य वर्ग है $[x: y]$ एक ऐसा कहता है $(x, y)$ प्रक्षेप्य निर्देशांकों की एक जोड़ी है $P$. जैसा $P^{1}(R)$ को एक तुल्यता संबंध, विहित प्रक्षेपण के माध्यम से परिभाषित किया गया है $P^{n}(K)$ को $P(V)$ एक टोपोलॉजी (भागफल टोपोलॉजी) और प्रक्षेप्य रेखा पर एक विभेदक संरचना को परिभाषित करता है। हालाँकि, यह तथ्य कि तुल्यता वर्ग परिमित नहीं हैं, विभेदक संरचना को परिभाषित करने में कुछ कठिनाइयाँ पैदा करता है। इन पर विचार करके समाधान किया जाता है $V$ यूक्लिडियन सदिश समष्टि के रूप में। इकाई सदिशों का वृत्त, के मामले में है $P(V)$, सदिशों का समुच्चय जिसके निर्देशांक संतुष्ट करते हैं $V$. यह वृत्त प्रत्येक तुल्यता वर्ग को बिल्कुल दो विपरीत बिंदुओं पर काटता है। इसलिए, समतुल्य संबंध द्वारा प्रक्षेप्य रेखा को वृत्त का भागफल स्थान माना जा सकता है $R^{2}$ यदि और केवल यदि दोनों में से कोई एक $x^{2} + y^{2} = 1$ या $v ~ w$.

चार्ट
प्रक्षेप्य रेखा अनेक गुना है। इसे उपरोक्त निर्माण द्वारा एक तुल्यता संबंध के माध्यम से देखा जा सकता है, लेकिन दो चार्ट (टोपोलॉजी) से युक्त एटलस (टोपोलॉजी) प्रदान करके समझना आसान है। तुल्यता संबंध प्रदान करता है कि तुल्यता वर्ग के सभी प्रतिनिधियों को एक चार्ट द्वारा एक ही वास्तविक संख्या में भेजा जाता है।
 * चार्ट #1: $$y\ne 0, \quad [x: y] \mapsto \frac {x}{y}$$
 * चार्ट #2: $$x\ne 0, \quad [x: y] \mapsto \frac {y}{x}$$

या तो की $v = w$ या $v = −w$ शून्य हो सकता है, लेकिन दोनों नहीं, इसलिए प्रक्षेप्य रेखा को कवर करने के लिए दोनों चार्ट की आवश्यकता होती है। इन दो चार्टों के बीच संक्रमण मानचित्र गुणात्मक व्युत्क्रम है। चूंकि यह एक विभेदक कार्य है, और यहां तक ​​कि एक विश्लेषणात्मक कार्य भी है (शून्य के बाहर), वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा एक विभेदक कई गुना और एक विश्लेषणात्मक कई गुना दोनों है।

चार्ट #1 का उलटा कार्य मानचित्र है
 * $$ x \mapsto [x: 1].$$

यह वास्तविक रेखा को प्रक्षेप्य रेखा में एम्बेडिंग करने को परिभाषित करता है, जिसकी छवि का पूरक बिंदु है $x$. इस एम्बेडिंग और प्रक्षेप्य रेखा से युक्त जोड़ी को प्रक्षेप्य रूप से विस्तारित वास्तविक रेखा कहा जाता है। इस एम्बेडिंग द्वारा वास्तविक रेखा को उसकी छवि के साथ पहचानने से, कोई यह देख सकता है कि प्रक्षेप्य रेखा को वास्तविक रेखा और एकल बिंदु का मिलन माना जा सकता है $y$, प्रक्षेप्य रूप से विस्तारित वास्तविक रेखा के अनंत पर बिंदु कहा जाता है, और निरूपित किया जाता है $[1: 0]$. यह एम्बेडिंग हमें बिंदु की पहचान करने की अनुमति देता है $[1: 0]$या तो वास्तविक संख्या के साथ $∞$ अगर $[x: y]$, या साथ $x⁄y$ दूसरे मामले में.

यही निर्माण दूसरे चार्ट के साथ भी किया जा सकता है। इस मामले में, अनंत पर बिंदु है $y ≠ 0$. इससे पता चलता है कि अनंत पर बिंदु की धारणा वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा के लिए आंतरिक नहीं है, बल्कि वास्तविक रेखा को प्रक्षेप्य रेखा में एम्बेड करने के विकल्प के सापेक्ष है।

संरचना
वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा एक पूर्ण अंतरिक्ष प्रक्षेप्य श्रेणी है जो वास्तविक प्रक्षेप्य तल और जटिल प्रक्षेप्य रेखा में पाई जाती है। इस प्रकार इसकी संरचना इन अधिरचनाओं से विरासत में मिली है। इन संरचनाओं में प्राथमिक प्रक्षेप्य सीमा के बिंदुओं के बीच प्रक्षेप्य हार्मोनिक संयुग्मों का संबंध है।

वास्तविक प्रक्षेप्य रेखा में एक चक्रीय क्रम होता है जो वास्तविक संख्याओं के सामान्य क्रम को बढ़ाता है।

प्रक्षेप्य रैखिक समूह और उसकी क्रिया
मैट्रिक्स-वेक्टर गुणन बाईं ओर की क्रिया को परिभाषित करता है $∞$ अंतरिक्ष पर $[0: 1]$स्तंभ सदिशों का: स्पष्ट रूप से,
 * $$ \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} ax+by \\ cx+dy \end{pmatrix}.$$

चूंकि प्रत्येक मैट्रिक्स में $GL_{2}(R)$ शून्य वेक्टर को ठीक करता है और आनुपातिक वैक्टर को आनुपातिक वैक्टर में मैप करता है, एक प्रेरित कार्रवाई होती है $R^{2}$ पर $GL_{2}(R)$: स्पष्ट रूप से,
 * $$ \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} [x:y] = [ ax+by : cx+dy ].$$

(यहां और नीचे, संकेतन $$[x:y]$$ सजातीय निर्देशांक के लिए स्तंभ मैट्रिक्स के समतुल्य वर्ग को दर्शाता है $$\textstyle \begin{pmatrix}x\\y\end{pmatrix};$$ इसे पंक्ति मैट्रिक्स के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए $$[x\;y].$$)

के तत्व $GL_{2}(R)$ वह तुच्छ कार्य करता है $P^{1}(R)$ पहचान मैट्रिक्स के गैर-शून्य अदिश गुणज हैं; ये निरूपित एक उपसमूह बनाते हैं $P^{1}(C)$. प्रक्षेप्य रैखिक समूह को भागफल समूह के रूप में परिभाषित किया गया है $P^{1}(R)$. उपरोक्त के द्वारा, एक प्रेरित वफादार कार्रवाई है $GL_{2}(R)$ पर $P^{1}(R)$. इस कारण से, समूह $R^{×}$ को रैखिक ऑटोमोर्फिज्म का समूह भी कहा जा सकता है $PGL_{2}(R) = GL_{2}(R)/R^{×}$.

रैखिक भिन्नात्मक परिवर्तन
पहचान का उपयोग करना $PGL_{2}(R)$ भेजना $P^{1}(R)$ को $PGL_{2}(R)$ और $P^{1}(R)$ को $R ∪ ∞ → P^{1}(R)$, व्यक्ति को संबंधित क्रिया प्राप्त होती है $x$ पर $[x:1]$, जो रैखिक भिन्नात्मक परिवर्तनों द्वारा है: स्पष्ट रूप से, चूंकि
 * $$ \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} [x:1] = [ ax+b : cx+d ] \quad \mathrm{and} \quad \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} [1:0] = [ a : c],$$ की कक्षा $$ \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix}$$ में $∞$ के समान एक्ट करें $$ x \mapsto \frac{ax+b}{cx+d}$$  और $$ \infty \mapsto \frac{a}{c}$$, इस समझ के साथ कि हर 0 वाले प्रत्येक भिन्न की व्याख्या इस प्रकार की जानी चाहिए $[1:0]$.

गुण

 * अलग-अलग बिंदुओं के दो क्रमित त्रिक दिए गए हैं $PGL_{2}(R)$, का एक अनूठा तत्व मौजूद है $R ∪ ∞$ पहले ट्रिपल को दूसरे से मैप करना; अर्थात्, क्रिया Group_action#Sharply_n-transitive|sharply 3-transitive है। उदाहरण के लिए, रैखिक भिन्नात्मक परिवर्तन मानचित्रण $PGL_{2}(R)$ को $∞$ केली ट्रांसफॉर्म#रियल होमोग्राफी है $$x\mapsto \frac{x-1}{x+1}$$.
 * स्टेबलाइज़र उपसमूह में $P^{1}(R)$ बात की $PGL_{2}(R)$ वास्तविक रेखा का एफ़िन समूह है, जिसमें परिवर्तन शामिल हैं $$x \mapsto ax+b$$ सभी के लिए $(0, 1, ∞)$ और $(−1, 0, 1)$.

यह भी देखें

 * वास्तविक प्रक्षेप्य तल
 * जटिल प्रक्षेप्य तल
 * पहिया सिद्धांत

संदर्भ

 * Juan Carlos Alvarez (2000) The Real Projective Line, course content from New York University.
 * Santiago Cañez (2014) Notes on Projective Geometry from Northwestern University.