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Géométrie projective.

En géométrie le procédé qui correspond à la perspective centrale est la projection conique ; vérifions que les projections coniques possèdent les propriétés 



GÉOMÉTRIE PROJECTIVE par Nicolas Jacon

—. Dans un plan projectif toutes les droites jouent le même rôle et n'importe quelle droite. Page 7. GÉOMÉTRIE PROJECTIVE. 7 peut donc etre choisie comme 



UN BREF APERÇU DE LA GÉOMÉTRIE PROJECTIVE

programme de géométrie projective de l'agrégation s'est réduit au cours de la rédaction de ce livre à la dimension 1; ce choix permettra au can-.



Géométrie Projective : autour du programme de l agrégation

un plan projectif). Exercice 3 Un hyperplan projectif H et une droite projective D non contenue dans H ont un et un seul point d'intersection. En 



Géométrie projective.

VII] et [FGN Exercice 2.17 p. 55]. 2.2 Birapport. Si D et D sont deux droites projectives d'un espace projectif P(E) 



Exercices de géométrie projective Exercice 1 Le but de lexercice est

Exercices de géométrie projective. Exercice 1. Le but de l'exercice est de démontrer le théor`eme de Pappus affine : Soit d et d deux droites d'un plan.



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9 févr. 2010 3. Par définition la dimension d'un espace affine est celle de l'espace vectoriel sous-jacent. Exercice : Soit (p1p2



Géométrie projective

Exercice : Soient K un corps fini à q éléments P un K-espace projectif de dimension n. Montrer que card P = 1. 1. 1. ?. ?.



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La démonstration pour le plan projectif induit par un corps est un bon exercice : s'inspirer de la démonstration du théorème de Pappus. Indication : se placer 



Contributions à lhistoire de la géométrie projective au 19e siècle

12 nov. 2014 5La grande di érence de statut du cours de géométrie projective réside surtout dans le fait que Cremona présente son cours comme une ...



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première définition de la géométrie projective : il s'agit de la géométrie des projections coniques ou plus exactement de la géométrie qui étudie



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La géométrie projective prend pour objet l'ensemble des droites passant par un point donné En termes plus formels un espace projectif est l'ensemble des 



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Introduction La géométrie projective peut être vue comme une complétion de la géométrie affine L'idée est ici de modéliser les notions de perspectives et 



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Au cours des années 1960 la géométrie a été détrônée au profit de l'algèbre et de l'analyse et les géométries descriptive et projective furent les 



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Dans ce cours nous nous contenterons des équations de degré 1 (hyperplans) ou de degré 2 (quadriques) Ceci correspond dans le plan aux droites et aux coniques 



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Géométrie projective Préparation `a l'Agrégation ENS de Cachan Claire Renard Janvier 2013 Dans tout ce qui suit K est un corps commutatif (typiquement 

:

G´EOM´ETRIE PROJECTIVE

par

Nicolas Jacon

1. Introduction

La g´eom´etrie projective peut ˆetre vue comme une compl´etion de la g´eom´etrieaffine.

L"id´ee est ici de mod´eliser les notions de perspectives et d"horizon. Cette branche tr`es ancienne des math´ematiques est reli´ee aux probl`emes de repr´esentations graphiques (et donc `a des probl`emes informatiques !) et elle permet de simplifier des th´eor`emes importants de g´eom´etrie. On peut penser `a un plan projectif comme `a un plan affine classique auquel on a ajout´e une "droite `a l"infini", chaque parall`ele se coupant sur cette droite.

En g´eom´etrie projective, cette notion de parall´elisme disparaˆıt donc (ce quia pour

cons´equance de simplifier les ´enonc´es). L"un des grands avantages de la g´eom´etrie pro-

jective est que la plupart de ses ´enonc´es se traduisent facilement en langage d"alg`ebre lin´eaire ... la difficult´e sera principalement de faire cette traduction. Ce chapitre sera organis´e de la fa¸con suivante : dans la premi`ere partie, nous intro- duisons les notions de base de la g´eom´etrie projective : espaces projectifs, sous-espaces projectifs, carte affine etc ... nous nous int´eressons ensuite `a certaines applications naturelles entre espaces projectifs : les homographies et introduisons quelques outils int´eressants comme le birapport. Nous ´etudions ensuite plus pr´ecis´ement ces appli- cations, en particulier lorsque l"on travaille sur la droite projective complexe. La derni`ere partie est enfin consacr´ee aux coniques d"un point de vue projectif. Quelques remarques bibliographiques : tout ce polycopi´e est hautement inspir´e de la partie projective du livre de Mich`ele Audin [1] (on pourra aussi l"utiliser pour des rappels sur la g´eom´etrie affine, euclidienne, sur les formes quadratiques, les coniques

etc ...). Pour plus de d´etails sur la g´eom´etrie projective, voir J-C. Sidler [5] (tr`es com-

plet) et dans un soucis peut-ˆetre plus didactique l"excellent polycopi´e de R. Rolland [3]. Le livre de Samuel [4] est aussi un classique.

2NICOLAS JACON

2. Espaces projectifs

2.1. Deux th´eor`emes de G´eom´etrie. -Dans cette partie, on commence par

rappeller deux th´eor`emes classiques et fondamentales en g´eom´etrie. Th´eor`eme 2.1(de Pappus). -Soient deux droitesDetD?dans un plan affine. SoientA,B,Ctrois points deDet soientA?,B?etC?trois points deD?. SiAB? est parall`ele `aBA?etBC?est parall`ele `aB?C, alorsAC?est parall`ele `aA?C. Pour la d´emonstration du th´eor`eme, on consid`ere deux cas disctincts : -Le cas o`uD ∩ D?est un pointO. On d´emontre alors le th´eor`eme en utilisant des homoth´eties de centreO. -Le cas o`uD ∩ D?est vide c"est `a dire lorsque les deux droites sont parall`eles.

On utilise alors des translations.

AB A' C' B'C Th´eor`eme 2.2(de Desargues). -SoientABCetA?B?C?deux triangles sans points communs dont les cot´es sont parall`eles. Alors, lesdroitesAA?,BB?etCC? sont concourrantes ou parall`eles. B B'C C'A A' Pour la d´emonstration de ce th´eor`eme, l`a encore, deux cas sont `a ´etudier :

G´EOM´ETRIE PROJECTIVE3

-Le cas o`uAA?∩BB?est un pointO. On d´emontre alors le th´eor`eme en utilisant des homoth´eties de centreO. -Le cas o`uAA?∩BB?est vide c"est `a dire lorsque les deux droites sont parall`eles.

On utilise alors des translations.

On va maintenant travailler dans un espace o`u le cas des droites parall`eles n"est plus un cas exceptionnel. Pour ceci, on va ajouter des points "`a l"infini" afin que les parall`eles se rencontrent en ces points.

2.2. D´efinition. -SoitKun corps et soitEunK-espace vectoriel qui sera toujours

de dimension finie. On d´efinit la relation (binaire) de colin´earit´e dans l"espaceE\{0} de la fa¸con suivante : si (u,v)?(E\ {0})2alors : u≂v??u=λvpourλ?K. On v´erifie facilement que c"est une relation d"´equivalence. Definition 2.3. - L"ensemble des classes d"´equivalence sous la relation≂est appel´e l"espace projectifdeEet on le noteP(E). L"espace projectif est donc l"ensemble des droites vectorielles deE(c"est `a dire l"ensemble des sous-espaces de dimension 1 deE). Un ´el´ement deP(E) est appel´e un point. Par convention, siEest de dimensionn, on dit que la dimension deP(E) est n-1. -Si dim(E) = 2,P(E) s"appelle une droite projective. -si dim(E) = 3,P(E) s"appelle un plan projectif SiE=Kn+1, on notePn(K) =P(Kn+1) (ou plus simplementPn) l"espace projectif deEde dimensionn. Comme tout espace vectoriel de dimensionn+1 est isomorphe `aKn+1, on pourra se ramener `a ce cas la plupart du temps. Exemple 2.4. - Pourn= 1, l"espace projectifP1(K) est l"ensemble : {(1,0)} ? {(x,1)|x?K?} Le point (1,0) (qui correspond donc `a un droite vectorielle) peut ˆetre vu comme un point ... `a l"infini. Remarque 2.5. - On ne parlera pas ici de topologie. N´eanmoins si le corps sur lequel est d´efiniEestRouC, l"espace vectorielEest muni d"une topologie naturelle. On fait ainsi deP(E) un espace topologique en r´ecup´erant la topologie quotient faite pour que la projectionπE:E\ {0} →P(E) soit continue. On peut alors montrer que cet espace projectif est compact et connexe par arcs (c"est l"image d"un compact : la sph`ere unit´e deEpar une application continue qui est la projection, l"espace est de plus s´epar´e donc il est compact, enfin la sph`ere est connexe par arcs si on est en dimension sup´erieur `a 2 et le cas de la dimension 1 est direct cf [1, Prop. 1.1 p.134]) Avant d"´etudier les repr´esentations des ´el´ements de ces espaces, nous allons nous

int´eresser `a une propri´et´e fondamentale : le th´eor`eme d"incidence qui justifie les as-

sertions de l"introduction.

4NICOLAS JACON

2.3. Sous-espace projectif. -Nous allons tout d"abord d´efinir la notion de sous-

espace projectif. Definition 2.6. - Une partieVdeP(E) est appel´eeun sous-espace projectifsi il existe un sous-espace vectorielFdeEtel queV=P(F). On voit ainsi que siE?FalorsP(E)?P(F). On note aussi que l"on a une bijec- tion entre l"ensemble des sous-espaces vectoriel de dimensionk+1 deEet l"ensemble des sous-espaces projectifs de dimensionkdeP(E). SiP(F) etP(G) sont des sous-espaces projectifs de l"espace projectifP(E), on v´erifie imm´ediatement que l"intersectionP(F)∩P(G) est un sous-espace projectif correspondant au sous-espace vectorielF∩G. On a doncP(F)∩P(G) =P(F∩G). Pour tout couple de sous-espaces projectifs de dimensions finies on a la relation fondamentale : dimP(F) + dimP(G) = dimP(F+G) + dimP(F∩G). Le th´eor`eme ci-dessous est alors ´evident (en remarquant bien que dimP(E) = 0 implique queP(E)?= 0 !). Th´eor`eme 2.7(d"incidence). -SoitFetGdeux sous-espaces vectoriel d"un espace vectorielEv´erifiant : dim(P(F)) + dim(P(G))≥dim(P(E)).

Alors on a :

P(F)∩P(G)?=∅.

Ainsi, par exemple, deux droites d"un plan se coupent toujours.

Signalons ´egalement le r´esultat suivant :

Proposition 2.8. -SoitHun hyperplan projectif (c"est `a direH=P(V)avecV un hyperplan vectoriel). Soitmun point hors deH. Alors toute droite (projective) passant parmcoupeHen un point et un seul. D´emonstration. - Il suffit de traduire les donn´ees en termes d"espaces vectoriel : On aH=P(V) avec dim(V) =n-1 o`un= dim(E). Soitd=P(D) une droite projective, c"est `a dire dim(D) = 2 (ieDest un plan vectoriel). Commemn"est pas dansH,Dn"est pas contenu dansV. On a donc : dim(D∩H) = dim(D) + dim(V)-dim(D+V) = 1.

Donc, on a

dim(d∩V) = 0 et on peut conclure. Ces d´emonstrations nous montrent bien que beaucoup des propri´et´es obtenues en

projectif peuvent ˆetre d´eduites de propri´et´es connues pour les espaces vectoriels. On

montre aussi facilement que par deux points il passe une droite et une seule (car il existe un unique plan vectoriel contenant deux vecteurs libres).

G´EOM´ETRIE PROJECTIVE5

2.4. Connexions entre affine et projectif. -SoitP(E) une droite projective

issue d"un espace vectorielE(de dimension 2 donc). Soit (e1,e2) une base deE. Alors toutes les droites vectorielles rencontrent la droite affineDd"´equationy= 1 sauf l"axe desx(qui lui est parall`ele). Mieux, on a une bijection :

D ? {∞} →P(E)

(x,1)?→droite vectorielle de vecteur directeur (x,1) ∞ ?→droite vectorielle de vecteur directeur (1,0) D"o`u l"id´ee que l"espace projectif de dimension 1 est une droite munie d"un point `a l"infini. On remarque que si on muni l"espaceD ?{∞}de la topologie decompactifi´e d"Alexandrov(ie une base de voisinage de∞est form´ee des compl´ementaires des compacts deDet la topologie induite surDest la topologie usuelle (prendreD=C par exemple), l"application ci-dessus devient un hom´eomorphisme. y x SoitP(F) un plan projectif issu d"un espace vectorielF(de dimension 3 donc). Soit (e1,e2,e3) une base deF. SoitEle plan vectoriel d"´equationz= 0 et soitPle plan affine d"´equationz= 1. Une droite vectorielle deErencontre le plan affine en un unique point sauf si elle est contenue dansE. On a donc une bijection :

P?P(E)←→P(F).

Ici, les points (x,y,0) peuvent ˆetre vus comme les points `a l"infini. L"hyperplanP(E) s"appellel"hyperplan `a l"infini. Ainsi, le plan projectif peut ˆetre vu comme un plan affine "compl´et´e" par une droite projective : la droite `a l"infini.

6NICOLAS JACON

F E P Qu"en est-il des droites ? gardons les notations ci-dessus. Une droite deP(F) est l"image d"un plan vectoriel de l"espace vectoriel de dimension 3. On trouve alors deux types de droites : -La droite `a l"infini qui correspond `aP(E), -les autres droites projectivesDqui correspondent, d"apr`es la repr´esentation en dimension 2, aux droites de l"espace affinePauxquelles on a ajout´e un point `a l"infini∞D(qui est surP(E)). En particulier, si on consid`ere deux droites projectivesDetD?distinctes d"un plan projectif, on a les diff´erents cas : -SiDest la droite `a l"infini,DetD?se coupent en∞D. -SiDetD?correspondent `a deux droites affines non parall`eles, elles se coupent dans le plan affine en un pointM. Au niveau projectif, l"intersection des deux droites est le (ou plutot la classe d"´equivalence du) vecteur--→OM. -SiDetD?correspondent `a deux droites affines parall`eles, elles se coupent en

D=∞D?.

Dans le cadre g´en´eral. SoitEun espace affine de directionE. SoitFl"espace vectoriel de dimensionn+ 1 tel queF=E×K. On choisit alors un rep`ere de sorte queEsoit l"hyperplan d"´equationxn+1= 0 (iexn+1est la coordonn´ee deK) et on identifieE`a l"hyperplan affine d"´equationxn+1= 1. Alors toute droite vectorielle non contenue dansErencontreEen un unique point. Il suit une bijection :

P(F)\P(E)→ E

Ici, l"hyperplanP(E) s"appelle l"hyperplan `a l"infini. On parle parfois pourEdecarte affine.P(F) est lacompl´etion projectivede l"espace affineE.

2.5. Points `a l"infini : Les th´eor`emes de Pappus et Desargues revisit´es. -

Dans un plan projectif, toutes les droites jouent le mˆeme rˆole et n"importe quelle droite

G´EOM´ETRIE PROJECTIVE7

peut donc etre choisie comme repr´esentant une droite `a l"infini. Plus g´en´eralement, si on consid`ere un espace projectifP(E) et qu"on lui retire un hyperplan projectifP(F) (avecFhyperplan vectoriel), on obtient un espace affine de directionF. Ainsi, tout hyperplan peut ˆetre vu comme hyperplan `a l"infini ! Voici les ´enonc´es des th´eor`emes de Pappus et de Desargues en projectif. Remar- quons bien qu"ici deux droites se coupent toujours, ´eventuellement en l"infini si elles sont parall`eles. Th´eor`eme 2.9(de Pappus). -Soient deux droitesDetD?d"un plan projectif (qu"on pourra voir comme un plan affine r´euni avec une droite `al"infini). SoientA, B,Ctrois points deDet soientA?,B?etC?trois points deD?. Alors les points d"intersection deB?CetC?B, deC?AetA?Cet deA?BetB?Asont align´es. D´emonstration. - SoitEle point d"intersection deBC?etB?Cet soitE?le point d"intersection deA?CetAC?. On prend la droiteEE?comme droite `a l"infini. Dans le plan affine obtenu en supprimant cette droite, les droitesBC?etB?Csont parall`eles (car elles ne se coupent pas) etA?CetAC?´egalement. D"apr`es Pappus affine, les droitesA?BetB?Asont aussi parall`eles donc elles se coupent en l"infini. Les trois points sont donc sur cette droite. droite à l'infini A' B'C'A BC Th´eor`eme 2.10(de Desargues, sens direct). -SoientABCetA?B?C?deux triangles. Alors si les points d"intersection deBCetB?C?, deCAet deC?A?et deABetA?B?sont align´esAA?,BB?etCC?sont concourantes. D´emonstration. - Si les trois points sont align´es, on consid`ere la droite correspon- dante comme droite `a l"infini. AlorsACetA?C?sont parall`eles ainsi queBCetB?C? etABetA?B?. D"apr`es Desargues affine, les trois droitesAA?,BB?etCC?sont concourantes o`u parall`eles donc toujours concourantes en projectif.

8NICOLAS JACON

AC B A' B'C' droite à l'infini Pour ces deux th´eor`emes, on a bien sˆur des d´emonstrations qui n"utilisent pas les r´esultats affines. Dans la partie suivante, on va donner une d´emonstration ´el´egante de la r´eciproque grˆace `a la notion de dualit´e.

2.6. Un peu de dualit´e. -Une des plus int´eressantes possibilit´es du plan projectif

est la facult´e de cr´eer automatiquement de nouvelles figures et de nouveaux th´eor`emes `a partir de la notion de dualit´e. SoitEun espace vectoriel et soitFun sous espace vectoriel deE. SoitF?l"ensemble des formes lin´eaires qui s"annulent surF, c"est un sous-espace vectoriel du dualE? de dimension : dim(E)-dim(F). Cette formule se v´erifie ais´ement en compl´etant une base{e1,...,es}deFpour obtenir une base{e1,...,es,...,en}deE. Alors,E?a pour base lese?itels quee?i(ej) =δij. Supposons que l"on se trouve dans un espace vectorielEde dimension 3. On a alors les correspondances suivantes : Espace projP(E)Espace vect.EDualE?Espace projP(E?)

PointaDroite vectaPlana?Droite proja?

Droite projdPlan vectdDroite vectd?Pointd?

On a aussi la propri´et´e suivante :

F?G??G??F?

G´EOM´ETRIE PROJECTIVE9

En gardant les notations du tableau ci-dessus, ceci a pour cons´equance que -Siaest un point deP(E) contenu dans la droite projectiveDalorsd?est un point deP(E?) appartenant `a la droite projectiveA(qui correspond `aa). Ainsi, une droite deP(E?) correspond `a l"ensemble des droites passant par un mˆeme pointa. L"ensemble de ces droites est appel´eefaisceau de droitespassant para et il est donc possible de mettre une structure d"espace projectif sur cet ensemble -Sia,a1eta2sont trois points align´es dansPalors ils correspondent `a trois droitesA,A?1etA?2concourantes dansP(E?).

Une jolie cons´equence est la suivante :

Th´eor`eme 2.11(de Desargues, R´eciproque). -SoientABCetA?B?C?deux triangles. Alors siAA?,BB?etCC?sont concourantes, les points d"intersection de BCetB?C?, deCAet deC?A?et deABetA?B?sont align´es. D´emonstration. - Les trianglesABCetA?B?C?du planPcorrespondent `a des triangles de cot´esA?,B?,C?etA??,B??,C??du plan dualP?. Soientabceta?b?c? ces deux triangles not´es de fa¸con `a ce queaest le dual de la droiteBC, etc ... Les points d"intersectionα,β,γdeBCetB?C?, deCAet deC?A?et deABet A ?B?correspondent `a des droites qui sontaa?,bb?etcc?. Finalement les droitesAA?, BB ?etCC?sont des points deP?. On poseale point d"intersection deA?etA??,b le point d"intersection deB?etB??,cle point d"intersection deC?etC??, Appliquons le sens direct du th´eor`eme de Desargues aux trianglesabceta?b?c?dans P ?. SiAA?,BB?etCC?sont concourantes c"est que les trois pointsa,betcsont align´es. On sait alorsaa?,bb?etcc?sont concourantes doncα,βetγsont align´es.

3. Homographies et Birapport

Nous allons maintenant d´efinir des applications entre espaces projectifs. Commes les droites constituent la structure de base d"un plan, les applications "naturelles" entre espaces projectifs vont conserver l"alignement.

3.1. Le groupe projectif. -On commence par la d´efinition de telles applications.

Comme d"habitude, ces applications vont ˆetre obtenues `a partir des strctures d"espaces vectoriels. Definition 3.1. - SoientEetFdeux espaces vectoriels. On consid`ere les deux projections naturelles :

E:E\ {0} →P(E)

F:F\ {0} →P(F)

Une applicationg:P(E)→P(F) estune application projectiveouune homographie si il existe un isomorphisme d"espaces vectoriels?g:E→Ftel que le diagramme

10NICOLAS JACON

suivant soit commutatif.

E\ {0}eg----→F\ {0}?

?πE? ?πF

P(E)g----→P(F)

Attention, une application lin´eaire de E dansFne d´efinit pas toujours une homo-

graphie, il faut pour cela que le noyau soit r´eduit `a 0. En toute g´en´eralit´e, on obtient

seulement une application deP(E)\P(Ker(f)) dansP(F). Voici quelques propri´et´es

´evidentes des homographies.

Proposition 3.2. - 1.Une homographie est bijective.

2.Si il existe une homographie entre deux espaces projectifs alors ces espaces ont

mˆeme dimension.

3.La compos´ee de deux homographies est une homographie.

4.L"inverse d"une homographie est une homographie.

5.Une homographie conserve l"alignement des points.

D´emonstration. - Ces propri´et´es sont des cons´equences imm´ediates de la d´efinition

d"homographie et d"espaces projectifs. Ceci nous montre donc qu"on a une structure de groupe sur l"ensemble des homo- graphies. Definition 3.3. - Le groupe des homographies d"un espace projectifP(E) dans lui-mˆeme est un groupe appel´ele groupe projectifet il est not´e PGL(E). Remarquons que la d´efinition d"une homographie induit l"existence d"une applica- tion surjective naturelle :

GL(E)→PGL(E)

?g?→g

C"est en fait un morphisme de groupes.

Proposition 3.4. -On a un isomorphisme:

GL(E)/{homoth´eties} ?PGL(E)

D´emonstration. - D"apr`es la remarque ci-dessus, il suffit de montrer que le noyau de l"application

GL(E)→PGL(E)

g?→?g est l"ensemble des homoth´eties. Supposons donc quefest un automorphisme deE induisant l"identit´e surP(E) :

E\ {0}f----→E\ {0}?

?πE? ?πF

P(E)Id----→P(E)

G´EOM´ETRIE PROJECTIVE11

Alors toute droite vectorielle deEest envoy´ee sur elle mˆeme. Autrement dit tout vecteur non nul est un vecteur propre deE. On v´erifie alors facilement que l"on a une unique valeur propre et donc quefest une homoth´etie. Remarque 3.5. - Compte tenu de la d´efinition d"homographie, les points fixes d"une homographie sont les vecteurs propres associ´es `a l"application lin´eairecorre- spondante. Si le corps de base estC, on a donc au moins un point fixe. Si le corps de base estRce n"est plus vrai. Cependant si l"espace projectif r´eel est en dimension paire, l"espace vectoriel sous-jacent est de dimension impaire, on a donc au moins un point invariant.

3.2. Coordonnn´ees homog`enes. -On aimerait maintenant pouvoir repr´esenter

les ´el´ements deP(E) au moyen de coordonn´ees. Soit doncEun espace vectoriel de dimensionn+ 1. Soit{e0,e1,...,en}une base deE. SoitMun point de l"espace projectifP(E). Alors, il existeu?Equi engendre la droite vectorielle correspondant `aM. On associe `aMles coordonn´ees (x0,...,xn) de ce vecteur. Remarquons que ces coordonn´ees ne sont jamais tous nuls puisqu"ils correspondent aux coordonn´ees d"un vecteur non nul. Remarquons aussi que les (n+1)-uplets (x0,x1,...,xn) et (x?0,x?1,...x?n) repr´esentent le mˆeme pointMsi et seulement si il existe un scalaire non nulλtel que ?i? {0,1,...,n}, x?i=λxi. Definition 3.6. - La classe d"´equivalence de (x0,...,xn) est appel´eeles coordonn´ees homog`enesdeMet on la note (x0:...:xn) (aussi parfois [x0,...,xn]). On regarde maintenant les liaisons affine-projectif. On se donne un espace projectif de dimensionn+1 et les coordonn´ees homog`enes associ´es `a cet espace. On introduit un espace affineHen posantXn= 1 (voir le§2.4). On choisit un rep`ere pourH de sorte queOest l"intersection deHavec la droite port´ee paren. Ainsi, `a tout point (X0:...:Xn) de l"espace projectif, on fait correspondre le point de coordonn´ee X0 Xn,...,Xn-1Xn). Les points tels queXn= 0 correspondent aux points a l"infini. Consid´erons un polynˆome homog`eneP(X0,...,Xn) `an+1 variables et `a coefficients dans un corpsK. Comme ce polynˆome est homog`ene, on peut consid´erer l"ensemble des points de l"espace projectif tels que :

P(X0,...,Xn) = 0.

En effet, siP(u) = 0 alorsP(λu) = 0 et tout cela est bien d´efinie. L"ensemble de ces points est constitu´e de l"ensemble des points deHtels que

Q(x0,...,xn-1) = 0

o`uQest obtenu `a partir dePen posantXn= 1 et les points `a l"infini v´erifiant

R(x0,...,xn-1) = 0,

o`uRest obtenu `a partir dePen posantXn= 0. Ainsi, la conique projective : X

2-XT-Y2-T2= 0

12NICOLAS JACON

devient la conique affine x

2-x-y2-1 = 0

et la partie `a l"infini X

2-Y2= 0,

c"est `a dire les deux points (1 : 1 : 0) et (1 :-1 : 0). R´eciproquement, si on a une ´equation affineQ(x0,...,xn-1) = 0, on peut consid´erer que l"ensemble des ´el´ements v´erifiant cette ´equation n"est qu"un morceau d"un ensem- ble plus grand qui contient des points `a l"infini (cf partie sur les coniques). On peut en particulier homog´en´eiser l"´equationP(X0,...,Xn) = 0, les points `a l"infini ´etant obtenus en posantXn= 0. Par exemple : x

2+xy+y3-2 = 0

s"homog´en´eise en : x

2z+xyz+y3-2z3= 0

et les points `a l"infini v´erifientZ= 0 etY3= 0 c"est `a dire le seul point (1 : 0 : 0).

3.3. Rep`eres projectifs. -A partir de la repr´esentation d"une droite dans

l"espace vectoriel, on a donc d´etermin´e des coordonn´ees pour le point associ´edans l"espace projectif. On aimerait maintenant disposer d"une notion de rep`ere dans ce cadre projectif. Donnons nousn+ 1 points de cet espace, pour pouvoir maintenant obtenir des ccor- donn´ees homog`enes, il faut consid´erer les vecteurs associ´es dans l"espace vectoriel. Mais le probl`eme ici est que ces vecteurs sont d´etermin´e `a un coefficient de propor- tionnalit´e pr`es ! Par exemple, si on se donne une base (e1,e2,e3) dans un espace vectoriel de dimension 3, on a des coordonn´ees homog`enes (X:Y:T) associ´es `a tout ´el´ementMde l"espace projectif correspondant. Si on se donne maintenant la base (2e1,e2,e3), les vecteurs associ´es dans l"espace projectif sont exactement les mˆemesquotesdbs_dbs43.pdfusesText_43
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