A hasonlósági transzformáció

Amikor filmet néztél a moziban, biztosan nem gondoltál rá, hogy egy geometriai transzformáció elevenedik meg a szemeid előtt. A vetítő az apró képkockákból nagy képet varázsol a vászonra. A fényképezőgép esetén viszont egy nagyobb tárgyról készül egy kisebb kép. A különbségek ellenére a két jelenség matematikai tartalma ugyanaz. A már korábban tanult geometriai transzformációk sorát ezzel egy új, az előzőektől egy fontos elemben különböző transzformációval bővítjük. Ez a középpontos hasonlósági transzformáció.
Lássuk a filmvetítés síkbeli megfelelőjét! Vegyünk fel egy O pontot a síkon mint fényforrást, és mellette egy 3, 4, illetve 5 cm oldalhosszúságú derékszögű háromszöget! Vetítsük ezt a háromszöget az O pontból úgy, hogy a csúcsoknak megfelelő $A'$’, $B'$, $C'$ pontok kétszer akkora távolságra kerüljenek az O ponttól, mint az eredeti pontok! A csúcsokat kössük össze az O ponttal, majd az O pontból mérjük fel a keletkezett félegyenesekre a megfelelő távolságok kétszeresét! Így megkapjuk az $A’B'C’$ háromszöget. Megállapíthatjuk, hogy a képháromszög oldalainak hossza kétszerese az eredeti háromszög oldalainak. A két háromszög körüljárási iránya megegyezik. Ha szerkesztőprogrammal dolgoztunk, azt is leolvashatjuk, hogy a szögek sem változtak. Azt mondjuk, hogy az eredeti háromszöget a kétszeresére nagyítottuk.
Ezt a geometriai transzformációt középpontos hasonlósági transzformációnak nevezzük. Meg kell adnunk egy O pontot, a hasonlóság középpontját, és egy $\lambda $, nem nulla valós számot, a hasonlóság arányát. A transzformáció az O ponthoz önmagát rendeli. Minden más P ponthoz az OP egyenes azon $P'$ pontját rendeli, amelynek távolsága az O ponttól az OP távolság $\left| \lambda \right|$-szerese. Ha $\lambda $ pozitív, akkor $P'$ pont az OP félegyenesen van, míg ha negatív, az OP-vel ellentétes félegyenesen. A példában nagyításról beszéltünk. Minden olyan esetben, amikor a $\lambda $ abszolút értéke nagyobb egynél, nagyításról, míg ha egynél kisebb, kicsinyítésről beszélünk. Megjegyezzük, hogy ha az abszolút érték 1, akkor egybevágóságról van szó.
A transzformáció egyes tulajdonságairól, azaz a szög- és irányítástartásról már korábban szót ejtettünk. Ha $\lambda = 1$, akkor minden ponthoz önmagát rendeljük, azaz minden pont fixpont. Egyéb esetekben egyetlen fixpont van, a középpont. Minden O ponton áthaladó egyenes invariáns egyenes. Minden szakasz képe $\left| \lambda \right|$-szer olyan hosszú, mint az eredeti szakasz.
Foglaljuk össze, milyen geometriai transzformációkat ismerünk eddig! Ezek a tengelyes tükrözés, a középpontos tükrözés, az eltolás, a forgatás, illetve a ma tanult középpontos hasonlóság. Középpontos hasonlóság és egybevágósági transzformáció egymás utáni végrehajtásával kapott transzformációkat hasonlósági transzformációnak nevezzük. A hasonlósági transzformációban szereplő középpontos hasonlóság arányszámának abszolút értékét a hasonlóság arányszámának nevezzük.
Vegyünk fel a síkon újra egy ABC háromszöget, egy t tengelyt és egy O pontot! Hajtsuk végre először a t tengelyre tükrözést, majd az O középpontú –2-szeres nagyítást. Az animáción nyomon követhető a szerkesztés menete. Ismételjük meg a transzformációkat fordított sorrendben is! A két eset csak a transzformációk sorrendjében különbözik, az eredmény mégis eltérő. Úgy tapasztaltuk tehát, hogy a transzformációk sorrendje általában nem cserélhető fel. Ezzel a geometriai transzformációk végéhez értünk. A tananyag megértése fontos lépcsőfok az alakzatok hasonlóságának megértéséhez.