萊布尼茨函數

在仿射幾何和歐氏幾何中,萊布尼茨向量和標量函數是把點對應到向量或數量的函數。這種函數和重心關係密切;用重心可以給出函數的簡潔形式。

萊布尼茨向量函數
考慮仿射空間E和相伴的向量空間V。設(A_i)_{i=1 \cdots n}是n點的族,(a_i)_{i=1 \cdots n}是n數量的族。與系統\left\{\left(A_i,a_i\right)_{i=1 \cdots n}\right \}相伴的萊布尼茨向量函數是從E到V的映射,把點M對應到向量\vec f(M) = \sum_{i=1}^n a_i \overrightarrow{MA_i}。

設係數和\sum_{i=1}^n a_i為零,那麼函數是常值。如果有一個係數非零(例如a_1),這常值等於a_1\overrightarrow{G_1A_1},其中G_1是系統\left\{\left(A_i,a_i\right)_{i=2 \cdots n}\right \}的重心。

設係數和非零,函數可化簡成
: \vec f(M) = \left(\sum_{i=1}^n a_i\right)\overrightarrow{MG}
這個性質使得多個向量的線性組合可以藉由重心化簡成一個向量。如果向量空間是有限維,由此可以給出重心的座標。

其實\overrightarrow{OG} = \frac{1}{\sum_{i=1}^n a_i}\vec f(O) = \frac{1}{\sum_{i=1}^n a_i} \sum_{i=1}^n a_i \overrightarrow{OA_i}。

把上式轉為座標就是
: x_{G,k} = \frac{1}{\sum_{i=1}^n a_i} \sum_{i=1}^n a_i x_{A_i,k}

萊布尼茨標量函數
考慮歐幾里得仿射空間E和相伴的域\mathbb K。設(A_i)_{i=1 \cdots n}是n點的族,(a_i)_{i=1 \cdots n}是n數量的族。與系統\left\{\left(A_i,a_i\right)_{i=1 \cdots n}\right \}相伴的萊布尼茨標量函數,是從E到\mathbb K的映射,把點M對應到數量f(M) = \sum_{i=1}^n a_i MA_i^2。

設係數和\sum_{i=1}^n a_i為零,那麼函數可化簡成
: f(M) = f(O) + 2\overrightarrow{MO}\cdot \vec u
其中\vec u等於與這系統相伴的萊布尼茨向量函數的常值,O是任意固定點。

設係數和非零,那麼函數可化簡成
: f(M) = f(G) + \left(\sum_{i=1}^n a_i\right) MG^2
其中G是系統\left\{\left(A_i,a_i\right)_{i=1 \cdots n}\right \}的重心。

這個化簡令點的位置問題可以很容易解決(見萊布尼茨定理)。

:在2維情形,集M適合f(M) = k的是

  • 當係數和為零

** 與\vec u垂直的直線,如果\vec u非零
** 整個平面或空集(取決於k的值),如果\vec u為零

  • 當係數和非零

** 圓心為G的圓,點G或空集(取決於k的值)

參見

  • 萊布尼茨定理
  • 重心 (仿射幾何)

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