Чтобы одновременно менять начало и направления измерения, нужно объединить их в один объект.
Интуитивно аффинное пространство — это пространство точек без заранее выделенного нуля. Разность двух точек определяет вектор, а прибавление вектора к точке переносит её в новую точку. Выбор начала отсчёта временно превращает такие отношения в привычные координатные вычисления.
Пусть \(\mathcal A\) — аффинное пространство с пространством направляющих векторов \(V\). Аффинным репером называется упорядоченная система
\[\mathcal R=(O;\vec b_1,\ldots,\vec b_n)\]
где \(O\) — выбранная точка начала отсчёта, а \((\vec b_1,\ldots,\vec b_n)\) — базис \(V\).
Точка \(X\) имеет в репере \(\mathcal R=(O;\mathcal B)\) аффинные координаты \(\vec x\), если
Обратный переход выполняется в обратном порядке: сначала вычитается перенос начала, затем применяется \(P_{\mathcal B\leftarrow\mathcal C}^{-1}\).
На рисунке одна и та же точка \(X\) рассматривается относительно двух начал \(O\) и \(O'\). Серые оси задают старый базис, сплошные стрелки из \(O'\) изображают новый базис \(\vec c_1,\vec c_2\), а вектор \(\vec a=\overrightarrow{OO'}\) отвечает за перенос начала. Светлые пунктирные стрелки достраивают параллелограмм с диагональю \(\overrightarrow{O'X}=\vec c_1+\vec c_2\).
Одна точка \(X\) в двух реперах: старое начало \(O\), новое начало \(O'\), вектор переноса \(\vec a=\overrightarrow{OO'}\) и новый базис \((\vec c_1,\vec c_2)\)
Три важных частных случая общей формулы:
Что меняется
Условие
Формула
Только базис
\(\vec a=\vec{0}\)
\(\vec x=P\vec x'\)
Только начало
\(P=I\)
\(\vec x=\vec a+\vec x'\)
Начало и базис
Общий случай
\(\vec x=\vec a+P\vec x'\)
Для вектора перемещения между двумя точками добавочный столбец исчезает. Если \(X\) и \(Y\) имеют координаты \(\vec x_X,\vec x_Y\) в старом репере и \(\vec x'_X,\vec x'_Y\) в новом, то
\[\vec x_Y-\vec x_X
=P(\vec x'_Y-\vec x'_X)\]
Именно поэтому координаты свободного вектора зависят от базиса, но не от начала отсчёта.