一、超平面是什麼?
維基百科的定義:
In geometry a hyperplane is a subspace of one dimension less than its ambient space.
翻譯過來:在幾何中,超平面指的是比所處空間少一個維度的子空間。
什麼鬼,能不能說人話?
莫急,接着看。
我們都知道,0維的點可以把1維的線分成兩部分:
1維的線可以把2維的面分成兩部分:
2維的面可以把3維的體分成兩部分:
依此類推,n-1維的子空間可以把n維空間分成兩部分。
所以,超平面就是這個n-1維子空間,它就像3維空間中的平面,可以用來分割n維空間。
二、為什麼叫超平面?
沒有查到“超平面”名字的來源,以下純屬個人猜測,如果有誤,歡迎指正。
我們生活在3維空間,并把2維空間起名為“平面”,用來分割3維空間。
對于更高維的空間n,既然可以被n-1維的空間進行分割,類似于三維空間的平面,而我們又沒辦法想象它的樣子,也不好一一命名,不妨幹脆就叫“超平面”,既簡單,也比較直觀,方便理解。
所以,這個超的含義,更多的應該是高維。
三、超平面的公式
對于一個n維空間,超平面應該如何表示?
設x0為超平面上的點,ω為超平面的法向量。對于超平面上任何一點x,有:
令:
則有:
這就是超平面的公式。
四、點到超平面的距離
設n維空間中超平面的方程為:
其中ω為法向量,Q為平面上的點。
對于空間中的任一點P,到超平面的距離為PQ在ω上的投影d,如下圖所示:
由三角函數關系知:
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