Reflection about coordinate axes, origin, y = x, y = −x, and arbitrary lines — with homogeneous matrices, determinant proof, and multi-perspective numericals
35 min read
Created ৫ সেপ, ২০২৬
2D প্রতিফলন (2D Reflection) কী?
কম্পিউটার গ্রাফিক্সে 2D প্রতিফলন (2D Reflection) হলো একটি জ্যামিতিক রূপান্তর যা কোনো বস্তুর দর্পণ প্রতিবিম্ব (Mirror Image) তৈরি করে। এটি একটি নির্দিষ্ট রেখাকে কেন্দ্র করে বস্তুর প্রতিটি বিন্দু P(x,y)-কে নতুন বিন্দু P′(x′,y′)-তে রূপান্তরিত করে, এমনভাবে যে প্রতিফলন অক্ষটি PP′ রেখাংশের লম্ব সমদ্বিখণ্ডক (Perpendicular Bisector)।
প্রতিফলনও একটি আইসোমেট্রি (Isometry) — ট্রান্সলেশন ও ঘূর্ণনের মতো এটি দূরত্ব, অভ্যন্তরীণ কোণ, পরিধি ও ক্ষেত্রফল অক্ষুণ্ণ রাখে। তবে ঘূর্ণন থেকে এর গুরুত্বপূর্ণ পার্থক্য হলো, প্রতিফলন বস্তুর দিকবিন্যাস (Orientation) উল্টে দেয়:
ঘড়ির কাঁটার বিপরীত দিকে (CCW) আঁকা ত্রিভুজ প্রতিফলনের পর ঘড়ির কাঁটার দিকে (CW) হয়ে যায়।
det(Mreflect)=−1 — এই ঋণাত্মক নির্ণায়কটি দিকবিন্যাস বিপরীতকরণের বীজগাণিতিক সংকেত।
একই অক্ষে দুইবার প্রতিফলন করলে বস্তু আদি অবস্থানে ফিরে আসে: M2=I (self-inverse)।
P(x,y)MreflectP′(x′,y′)
সমস্ত প্রতিফলনের জ্যামিতিক অক্ষুণ্ণ রাশি:
PP′-এর দৈর্ঘ্য = প্রতিফলন অক্ষ থেকে P-এর লম্ব দূরত্বের দ্বিগুণ।
PP′-এর মধ্যবিন্দু প্রতিফলন রেখার উপর থাকে।
ক্ষেত্রফল, পরিধি এবং বাহুর দৈর্ঘ্য সংরক্ষিত থাকে; দিকবিন্যাস উল্টে যায়।
উভয় স্থানাঙ্ক ঋণাত্মক হয়। এটি প্রথমে x-অক্ষ এবং তারপর y-অক্ষের সাপেক্ষে প্রতিফলনের সমতুল্য:
x′=−x,y′=−y
সমসত্ত্ব ম্যাট্রিক্স:
Mমূলবিন্দু=−1000−10001
Note
ঘূর্ণন বনাম মূলবিন্দু প্রতিফলন: সংখ্যাগতভাবে Mমূলবিন্দু=R(180°), কিন্তু জ্যামিতিকভাবে এরা আলাদা — 180° ঘূর্ণনের ক্ষেত্রে det=+1 (দিকবিন্যাস সংরক্ষিত), যেখানে মূলবিন্দু প্রতিফলনের ক্ষেত্রে দুটি পরস্পর লম্ব অক্ষের প্রতিফলন একত্রে det=(−1)(−1)=+1 দেয়। একটি একক মূলবিন্দু প্রতিফলনের det=−1।
ক্ষেত্র ৪: y = x রেখার সাপেক্ষে প্রতিফলন
দর্পণ রেখা হলো মূল কর্ণ (y=x)। স্থানাঙ্ক পরস্পর অদলবদল হয়:
x′=y,y′=x
সমসত্ত্ব ম্যাট্রিক্স:
My=x=010100001
জ্যামিতিক অন্তর্দৃষ্টি: (3,7)-কে y=x-এ প্রতিফলিত করলে (7,3) পাওয়া যায়। এই অপারেশনটিই স্থানাঙ্ক জ্যামিতিতে একটি ফাংশনকে তার বিপরীত ফাংশনে রূপান্তরিত করে।
ক্ষেত্র ৫: y = −x রেখার সাপেক্ষে প্রতিফলন
দর্পণ রেখা হলো বিপরীত কর্ণ (y=−x)। ঋণাত্মক করে অদলবদল:
x′=−y,y′=−x
সমসত্ত্ব ম্যাট্রিক্স:
My=−x=0−10−100001
সারসংক্ষেপ ম্যাট্রিক্স সারণি
দর্পণ রেখা
x' =
y' =
সমসত্ত্ব ম্যাট্রিক্স
det
X-অক্ষ (y = 0)
x
−y
diag(1, −1, 1)
−1
Y-অক্ষ (x = 0)
−x
y
diag(−1, 1, 1)
−1
মূলবিন্দু (0, 0)
−x
−y
diag(−1, −1, 1)
+1 (দুটি প্রতিফলন)
y = x
y
x
অফ-ডায়াগ [[0,1],[1,0]]
−1
y = −x
−y
−x
অফ-ডায়াগ [[0,−1],[−1,0]]
−1
স্বেচ্ছা রেখা y = mx + c-এর সাপেক্ষে প্রতিফলন
চার ধাপের যৌগিক পাইপলাইন
মূলবিন্দু দিয়ে না-যাওয়া দর্পণ রেখা y=mx+c-এর ক্ষেত্রে, চারটি মৌলিক রূপান্তরের যৌগিক প্রয়োগ করতে হয়:
ট্রান্সলেট করে দর্পণ রেখাকে মূলবিন্দু দিয়ে নিয়ে যাও: y-দিকে −c সরাও।
ঘূর্ণিত করো যাতে রেখাটি X-অক্ষের সাথে সমান্তরাল হয়: R(−α), যেখানে α=arctan(m)।
প্রতিফলিত করো X-অক্ষের সাপেক্ষে: Mx-অক্ষ।
ঘূর্ণন ও ট্রান্সলেশন পূর্বাবস্থায় আনো: R(α), তারপর T(0,c)।
My=mx+c=T(0,c)⋅R(α)⋅Mx-অক্ষ⋅R(−α)⋅T(0,−c)
মূলবিন্দু দিয়ে যাওয়া রেখা y = mx-এর সরাসরি সূত্র
যখন c=0 (দর্পণ রেখা মূলবিন্দু দিয়ে যায়), বীজগাণিতিক সরলীকরণের পর:
x′=1+m2x(1−m2)+2my,y′=1+m22mx−y(1−m2)
y=mx (c=0)-এর সমসত্ত্ব ম্যাট্রিক্স:
My=mx=1+m211−m22m02mm2−10001+m2
বিশেষ ক্ষেত্রের যাচাই:
m
দর্পণ রেখা
প্রত্যাশিত ফলাফল
মিলেছে?
0
y=0 (X-অক্ষ)
x′=x,y′=−y
✓
1
y=x
x′=y,y′=x
✓
−1
y=−x
x′=−y,y′=−x
✓
প্রতিফলনের বৈশিষ্ট্য
নির্ণায়ক ও দিকবিন্যাস
det(Mreflect)=−1
সমস্ত একক প্রতিফলনের জন্য: det=−1। এটি দিকবিন্যাস বিপরীতকরণের বীজগাণিতিক সংকেত।
দুটি প্রতিফলনের ফলাফল:det(M2⋅M1)=(−1)(−1)=+1
দুটি ধারাবাহিক প্রতিফলন দিকবিন্যাস পুনরুদ্ধার করে এবং একটি ঘূর্ণনের সমতুল্য হয়।
স্ব-বিপরীত (Self-Inverse) ধর্ম
Mreflect2=I
একই অক্ষে দুইবার প্রতিফলিত করলে প্রতিটি বিন্দু তার আদি অবস্থানে ফিরে আসে। যেকোনো বিশুদ্ধ প্রতিফলনের জন্য: M−1=M।
যৌগিক নিয়ম: দুটি প্রতিফলন = একটি ঘূর্ণন
ϕ কোণে পৃথক দুটি দর্পণ রেখার সাপেক্ষে দুটি প্রতিফলনের যৌগিক ফলাফল হলো তাদের ছেদবিন্দুকে কেন্দ্র করে 2ϕ কোণের একটি ঘূর্ণন।
ইন্টারঅ্যাক্টিভ 2D রূপান্তর সিমুলেটর
2D
Interactive 2D Geometric Transformation Explorer
Experiment with Translation, Scaling, Rotation, and Reflection
Original Object P(x,y)
Transformed Object P′(x′,y′)
Translation Vector (tx,ty)(+2, +1)
Shift tx:2
Shift ty:1
Scale Factors (Sx,Sy)Uniform (1.5×)
Scale Sx:1.5×
Scale Sy:1.5×
Rotation Angle θ0°
Composite Transformation (T \cdot R \cdot S)T · R · S
তিনটি ক্ষেত্রেই মূলবিন্দু থেকে দূরত্ব অক্ষুণ্ণ। লক্ষ করো Pb′ ও Pc′ আলাদা — মূলবিন্দু প্রতিফলন উভয় স্থানাঙ্ক ঋণাত্মক করে, শুধু একটি নয়।
অ্যাঙ্গেল ২: সমসত্ত্ব ম্যাট্রিক্স গুণনের মাধ্যমে ত্রিভুজ প্রতিফলন
সমস্যা ২
একটি ত্রিভুজের শীর্ষবিন্দু A(1,2), B(4,2), C(2,5)। Y-অক্ষের সাপেক্ষে 3×3 সমসত্ত্ব ম্যাট্রিক্স দিয়ে প্রতিফলিত করো।
(ক) ভার্টেক্স ম্যাট্রিক্স গঠন করে My-অক্ষ⋅[P] নির্ণয় করো।
(খ) ∣A′B′∣=∣AB∣ যাচাই করো।
(গ) A′B′C′-এর নতুন ঘূর্ণন দিক বলো এবং দিকবিন্যাস পরিবর্তন ব্যাখ্যা করো।
(ক) ভার্টেক্স ম্যাট্রিক্স ও গুণন:
[P]=121421251,My-অক্ষ=−100010001
[P′]=My-অক্ষ⋅[P]=−121−421−251
A′=(−1,2),B′=(−4,2),C′=(−2,5)
(খ) বাহুর দৈর্ঘ্য যাচাই:∣AB∣=(4−1)2+02=3∣A′B′∣=(−4−(−1))2+02=3✓
(গ) দিকবিন্যাস পরিবর্তন:
আদি A→B→C: ডানে যায়, তারপর উপরে-বামে → CCW।
প্রতিফলিত A′→B′→C′: বামে যায়, তারপর উপরে-ডানে → CW।
det(My-অক্ষ)=−1 হওয়ায় দিকবিন্যাস উল্টেছে।
অ্যাঙ্গেল ৩: y = x এবং y = −x-এর সাপেক্ষে প্রতিফলন
সমস্যা ৩
আয়তক্ষেত্রের শীর্ষবিন্দু A(2,1), B(5,1), C(5,3), D(2,3)।
(ক) y=x-এর সাপেক্ষে প্রতিফলিত করো।
(খ) y=−x-এর সাপেক্ষে প্রতিফলিত করো।
(গ) দেখাও যে A-কে প্রথমে y=x, তারপর y=−x-এ প্রতিফলিত করা 180° ঘূর্ণনের সমতুল্য।
(গ) ঘূর্ণন দিক:
আদি A→B→C: CCW। প্রতিফলিত A′→B′→C′: CW।
det=−1 এর সাথে সংগতিপূর্ণ। ✓
অ্যাঙ্গেল ৯: দুটি প্রতিফলনের যৌগিক = ঘূর্ণন
সমস্যা ৯
(ক) ত্রিভুজ A(3,0), B(5,0), C(4,2)-কে প্রথমে X-অক্ষে, তারপর Y-অক্ষে প্রতিফলিত করো। দেখাও এটি R(180°)-এর সমতুল্য।
(খ) সাধারণ নিয়ম উল্লেখ করো: ϕ কোণে পৃথক দুটি দর্পণ রেখার যৌগিক প্রতিফলন কত কোণের ঘূর্ণন?