二次曲线的定义PPT课件

第五章 二次曲线的射影理论
本章是平面射影几何的精华, 也是最精彩的部分之一
二次曲线的定义
本 章
Pascal定理和Brianchon定理
主 要
二次曲线的配极原理
内
容
二次曲线的射影分类
每一部分都有丰富的内容、深刻1 的内涵和重要的应用.
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二次曲线的射影定义
一、二次曲线的代数定义
定义1 坐标满足
定义1' 坐标满足
定义3 在射影平面上，称 两个射影线束对应直线交点的 集合为一条二阶曲线。
定义3′ 在射影平面上，称 两个射影点列对应点连线的集 合为一条二级曲线。
思考：试研究本定义是如何包含退化二次曲线的。
提示：考虑透视对应、射影变换的情况。
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二次曲线的射影定义
例1 求由两个射影线束 x1 – λx3 = 0, x2 – μx3 = 0 ( λ + μ = 1) 生 成的二阶曲线方程。
解 令 A x 1 0 , B x 3 0 ; A x 2 0 , B x 3 0 .
利用定理1的证明，此二射影线束
AB 0
A
B
0
生成的二阶曲线的方程为
a A A d B B b A B c A B 0
( 2 )
由 λ + μ = 1 得 a = 0, b = c = 1, d = –1 , 代入上式得
注2. 在需要时，S = 0和T = 0 均可写为矩阵格式：
a11 a12 a13 x1
S (x1, x2, x3)a12
a22
a23
x2
0,
a13 a23 a33 x3
或S XAX 0. (A A,秩(A) 1)
注3. 由对偶原则，我们一般仅讨论二阶曲线，其结论均可对 偶地适用于二级曲线。
但是 SO AO B为定点，故当 M 变动时，KK′ 经过定点 S，即
OP(K) OP(K).
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二次曲线的射影定义
推论1 平面上五点(其中无 三点共线)唯一确定一条非退 化二阶曲线。
推论2 任一二阶曲线可由 两个射影线束生成。
推论3 二阶曲线上四个定 点与其上任意一点连线所得四 直线的交比为定值。
x1x3x2x3x3 20,
即
xx13
0 x2
ห้องสมุดไป่ตู้
x3
0
这是一条退化的二阶曲线。
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二次曲线的射影定义
四、二阶曲线的切线
本部分总假定：所论二次曲线为非退化的.
1. 定义 定义4 与二阶曲线 Γ 交于两个重合的点的直线称为 Γ 的切线。
外
相异的实切线
一般,点 地 P在上过P有的两重 条合的实切线
内
共轭的虚切线
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二次曲线的射影定义
四、二阶曲线的切线
2、切线的方程
问题：已知二阶曲线
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: S a ix jixj 0 (a ij a j)i i,j 1
求过定点 P(p1, p2, p3) 的 Γ 的切线方程。
(1 )
设 Q(q1,q2,q3)为平面上任一点，则直线 PQ 上任一点可表为
xi = pi + λqi 。
命题 S = 0 退化 |aij| = 0.
3
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二次曲线的射影定义
二、二次曲线的几何结构
定理1 不同心的两个射影线束对应直线交点的全体构成一条 经过此二线束束心的二阶曲线 Γ.
注：若已知两个射影线束 A + λB ↔ A′ + λB′ 的对应式 a b c d 0 ( a d b c 0 ) 则由此构成的二阶曲线方程为
Q O (P ) O (P ), O (A ,B ,P ,M ) O (A ,B ,P ,M ) .
分别以AM, BM截得
A M ( A ,B ,K ,M ) B M ( A ,B ,K ,M ) .
注意到 MM, A M ( A ,B ,K ,M ) B M ( A ,B ,K ,M ) .
从而对应点的连线共点，即 AA′, BB′, KK′ 共点于 S。
推论1′ 平面上五直线(其中 无三线共点)唯一确定一条非 退化二级曲线。
推论2′ 任一二级曲线可由 两个射影点列生成。
推论3′ 二级曲线上四条定 直线被其上任意一条直线所截 得四点的交比为定值。
注：推论3对于解析几何中的各种二次曲线都适用。
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二次曲线的射影定义
三、二次曲线的射影定义
由上述的两个定理及其推论，我们有
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二次曲线的射影定义
定理2的证明. 设 Γ 由 O(P) O′(P) 生成，需证
AM OP K
设 BM OP K
则有 A ( M ) OP ( K )
B ( M ) O P ( K )
所以只要证 O P ( K ) O P ( K ) .
A (M )
B (M ).
设 O A B M A ,O B A M B .
: a A A d B B b A B c A B 0 ( 4 . 2 )
定理2 设二阶曲线 Γ 由射影线束 O(P) 与 O′(P) 生成，则在 Γ 上任意取定相异二点 A和B，与 Γ 上的动点 M 连线可得两个射影 线束 A(M ) B(M).
注：由本定理, 一旦二阶曲线由两个射影线束生成，则其上点 的地位平等，以曲线上任意相异二点为束心与曲线上的点连线则 得到两个也生成此曲线的射影线束。
3
S aijxixj 0 (aij aji) (1)
3
T bijuiuj 0 (bij bji) (1')
i,j1
i,j1
的所有点 (x1, x2, x3) 的集合称 为一条二阶曲线. 其中 (aij) 为 三阶实对称阵, 秩 (aij)≧1。
的所有直线 [u1, u2, u3] 的集合称 为一条二级曲线. 其中 (bij) 为三 阶实对称阵, 秩 (bij)≧1。
PQ 为 Γ 的切线 PQ 交 Γ 于两个重合的点 将 xi = pi + λqi 代入 Γ：S = 0 后只有一个解。代入得
a ij(p iq i) (p jq j) 0 ,
定义2 如果 S 可以分解为两 个一次因式的乘积，则称 S = 0 为退化二阶曲线，否则称为非 退化二阶曲线。
定义2′ 如果 T 可以分解为 两个一次因式的乘积，则称 T = 0 为退化二级曲线，否则称为 非退化二级曲线。
2
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二次曲线的射影定义
注1. S, T 均为高等代数中的实三元二次型。从代数上看，S = 0和T = 0 为相同的代数对象；从几何上看，它们是同一几何对象 的不同描述，因此统称为二次曲线。