问题

本科生想要了解射影几何有什么书或者资料推荐吗?

回答
你好!很高兴你对射影几何感兴趣。作为本科生,想要入门射影几何,确实需要一些好的引导和合适的学习材料。射影几何是一门非常优美且历史悠久的数学分支,它研究的是图形在射影变换下保持不变的性质。简单来说,就是我们看到的物体在不同角度、不同距离下,形状会发生变化,但它们的“投影关系”是不变的。

我为你整理了一些适合本科生入门的射影几何书籍和资料,并尽可能详细地介绍它们,希望能帮助你找到最适合你的学习路径。

入门书籍推荐

对于本科生来说,太过于抽象和理论化的书可能会让人望而却步,所以我们先从那些讲解清晰、例子丰富的书籍开始。

1. 《射影几何学基础》(Elements of Projective Geometry) Salvatore J. Lomonaco Jr.

推荐理由: 这本书是我个人非常推荐的入门读物。它从一个非常基础的角度开始,逐步深入。作者在讲解概念时非常注重几何直觉的培养,会用大量的图示来解释抽象的概念,这一点对于初学者来说至关重要。它不会一开始就抛出大量代数工具,而是先让你理解射影几何的几何思想。
内容特色:
从基础概念讲起: 从点、线、平面这些最基本的概念开始,然后引入射影变换,如中心射影和平行射影。
强调几何直觉: 大量的图例和几何证明,帮助你建立对射影性质的直观理解,比如点共线、线共点等。
代数工具的引入: 在建立几何直觉后,会逐步引入齐次坐标和代数方法,让你看到几何问题如何用代数来解决,以及代数方法带来的便利。
经典定理的介绍: 帕斯卡定理(Pascal's Theorem)、牛顿定理(Newton's Theorem)等射影几何的经典定理都会有详细的介绍和证明。
适合人群: 任何对射影几何感兴趣的本科生,特别是对几何直观比较看重的同学。

2. 《射影几何》(Projective Geometry) Harold Scott MacDonald Coxeter

推荐理由: Coxeter 的名字在几何学界可以说是如雷贯耳。他的著作以其严谨、清晰和深度而著称。《射影几何》这本书虽然有些年头,但其中的思想和方法至今仍然是理解射影几何的经典。它在理论深度和数学严谨性上做得非常好。
内容特色:
严谨的定义和证明: Coxeter 的书在数学的严谨性上非常到位,每一个定义、每一个定理都有详细的推导和证明。
齐次坐标的深入应用: 这本书会非常系统地讲解齐次坐标的理论和应用,让你深刻理解代数方法在射影几何中的强大威力。
从射影平面到射影空间: 它会从二维的射影平面开始,然后拓展到三维甚至更高维的射影空间,让你看到射影几何的普适性。
丰富的习题: 书中有大量的习题,从基础概念的检验到复杂问题的解决,能帮助你巩固所学知识。
适合人群: 已经有一定数学基础,希望深入理解射影几何的严谨性和理论体系的同学。这本书的难度会比 Lomonaco 的稍高一些,但绝对是值得花时间啃读的经典。

3. 《代数射影几何》(Algebraic Projective Geometry) Susan Landau

推荐理由: 如果你对代数几何或者计算机图形学中的射影变换感兴趣,那么这本书会是一个很好的选择。它更多地从代数的角度来阐述射影几何,特别是利用向量空间和线性代数工具。
内容特色:
代数方法为主: 强调使用向量空间、线性映射等代数工具来研究射影几何。
与计算机图形学的关联: 书中会涉及一些与计算机图形学相关的应用,例如三维透视变换,这使得学习内容更加生动和实用。
清晰的逻辑结构: 尽管是代数方法,但作者的讲解依然清晰,逻辑性很强。
适合人群: 对代数方法更感兴趣,或者希望了解射影几何在计算机图形学等领域的应用的同学。

辅助学习资料

除了书籍,一些在线资源和课程也能提供很好的补充。

1. MIT OpenCourseware (OCW) 的相关课程:

推荐理由: MIT 的很多数学课程都公开了讲义、视频和作业,这是非常宝贵的免费资源。你可以搜索与“几何”、“射影几何”、“计算几何”等相关的课程。这些课程的讲义通常非常系统,并且会跟随视频讲解,能帮助你更好地理解书本内容。
如何寻找: 在 MIT OCW 网站上搜索关键词,例如“Geometry”, "Projective Geometry", "Computational Geometry"。找到相关的课程,下载讲义和视频。
好处: 可以让你接触到世界一流大学的教学内容,了解不同的讲解角度和侧重点。

2. 在线数学论坛和社区:

推荐理由: 在学习过程中遇到难题时,能够向他人请教是非常重要的。一些在线数学论坛(如 Math StackExchange)是很好的资源。你可以在上面搜索别人问过的类似问题,也可以提出自己的疑问。
如何使用: 仔细阅读你正在学习的内容,尝试自己解决问题。如果遇到困难,先尝试查找资料,如果实在解决不了,再去论坛提问。提问时,要清晰地描述你的问题和困惑,并说明你已经做了哪些尝试。

3. 维基百科和在线百科全书:

推荐理由: 对于一些特定的概念、定理或历史人物,维基百科可以提供快速的概览和背景信息。但要注意,维基百科虽然信息量大,但并非所有内容都经过严格的数学审校,所以最好将其作为初步了解的工具,进一步的深入学习还是需要依赖专业书籍。
好处: 快速了解基本概念,查找相关历史背景,找到更多延伸阅读的方向。

学习路径建议

1. 先建立几何直觉: 强烈建议从 Lomonaco 的《射影几何学基础》这类更侧重几何直观的书籍开始。先通过大量的图示和几何证明来理解点共线、线共点、对偶性等核心概念。
2. 逐步引入代数工具: 在对射影几何有了基本认识后,再开始学习 Coxeter 的《射影几何》或者 Landau 的《代数射影几何》。掌握齐次坐标、射影变换的矩阵表示等代数工具,这会让你对射影几何有更深刻、更强大的理解。
3. 结合实践: 如果你对计算机图形学有兴趣,可以尝试用编程实现一些射影变换,例如在二维或三维空间中对点和线进行变换。这会加深你对概念的理解,并看到射影几何的实际应用。
4. 多做练习: 数学学习离不开大量的练习。书中的习题是检验你理解程度的最好方式。遇到不会的题目,不要轻易放弃,尝试从不同的角度去分析和解决。
5. 查阅参考资料: 遇到不理解的概念或定理,不要害怕去查阅其他书籍或在线资源。有时候,换一个角度的讲解会豁然开朗。
6. 思考对偶性: 射影几何一个非常重要的思想是对偶性。例如,在射影平面中,“点共线”和“线共点”是相互对偶的。理解和应用对偶性是掌握射影几何的关键之一。

一些需要注意的点

数学基础: 射影几何对线性代数(向量空间、矩阵、线性变换)有一定要求。如果你对线性代数还不够熟悉,可以先复习一下相关内容。
耐心和毅力: 学习任何一门数学分支都需要耐心和毅力。射影几何中有一些抽象的概念,可能需要反复思考和练习才能真正掌握。
几何直觉的重要性: 射影几何不仅仅是代数运算,更重要的是培养一种几何直觉,一种对图形变换性质的敏感性。

希望这些推荐和建议能帮助你开启射影几何的学习之旅!祝你学习愉快,收获满满!

网友意见

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我是题主,这是我两年前(大概)的提问。先感谢大家的回答。

古典的射影几何一般在解析几何或者高等几何的教材中出现,通常都会介绍(实)射影平面的模型,一次和二次曲线,极点极线调和点列的一些原理。因为介绍得不是很深,而且也没有什么后续知识衔接,所以我问了这个问题。

实际上,现在来看如果希望在之后进一步了解射影空间的几何,一个可以考虑的方向是Griffiths的《代数曲线》,当然需要会一些基本的复变函数和拓扑知识。里面还是会介绍一些P^2上代数曲线的知识,有不少经典的结果,比如代数曲线的相交数,也有Hurwitz公式和Riemann Roch定理这样的知识。当然这本书本身不是很代数。

之所以考虑C上的代数曲线,一般来讲也是因为代数闭域上的代数簇有充分好的性质。

当然,对于C上代数曲线的一些经典结果,在R上也可以有一些应用,一个例子是zhihu.com/question/5208

相应的也有一些更偏代数的书,比如Fulton的书似乎就是如此。我没有读过。

另一个方向则是Yuhang Liu提到的射影微分几何。这一部分我完全不了解了。

当然,其实也还有比较初等的几何读物,不需要什么微分几何或者代数几何的知识,感觉作为兴趣读物还是不错的。比如Geometry of Surfaces和The Four Pillars of Geometry,参见zhihu.com/question/2905

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