数学函数曲线的一种,一条平面
代数曲线,显然, 它和一般的
直线都相交
三个点。在牛顿之前,也没有人能够像把非退化
二次曲线分成椭圆、
双曲线与
抛物线那样对三次曲线分类。牛顿从1664年起试图追随笛卡儿按
方程次数对曲线分类的思路来解决这一课题。1667—1668年和1678—1679年间,他又两度回到高次曲线的研究并获重大进展。但如其一贯所为,
牛顿迟疑于结果的发表,直到1695年,他才将以前的结果总结成专论《三次曲线枚举》(Enumeratio linearum tertii ordinis)并作为《光学》的附录发表(1704)。
曲线介绍
三次曲线(Cubic Curves)是一条平面
代数曲线,显然, 它和一般的
直线都相交
三个点。
定义
它是用三元三次
齐次方程在
射影平面上的
零点集来定义的:F(x,y,z)=0, deg F=3.
x3,y3,z3,x2y,x2z,y2x,y2z,zx3,z2y,xyz.即:ax3+bx2y+cxy2+dy3+ex2+fxy+gy2+hx+iy+j= 0
图为4x3- ax2y +9xy2-9y3-36x +36y +10b =0光滑的三次曲线是
亏格1曲线, 所以也是椭圆曲线。
发展史
在牛顿之前,也没有人能够像把非退化
二次曲线分成椭圆、
双曲线与
抛物线那样对三次曲线分类。牛顿从1664年起试图追随笛卡儿按
方程次数对曲线分类的思路来解决这一课题。1667—1668年和1678—1679年间,他又两度回到高次曲线的研究并获重大进展。但如其一贯所为,
牛顿迟疑于结果的发表,直到1695年,他才将以前的结果总结成专论《三次曲线枚举》(Enumeratio linearum tertii ordinis)并作为《光学》的附录发表(1704)。
定理
两条三次曲线有九个交点。 如果第三条三次曲线经过前两条三次曲线的8个交点, 那么它也必定通过第九个交点。这就是著名的凯莱-巴拉赫性质(Cayley–Bacharach theorem)。事实上,这条定理被Chasles先证出,又被Cayley,Bacharach推广到高次形式,因此又称为Chasles定理。上述性质可以推演出许多
射影几何中有关
三点共线(或三线共点)的定理, 如
帕斯卡定理、
帕普斯定理等等,均可简易证出。
特别的,过一个3x3“笼子”(Cages)中八个点的三次曲线,也过第九个点。(这个定理也被形象的称为三次曲线的“笼子”定理(Cage Theorem for Cubics)。值得一提的是,这个定理与Gorenstein Ring(戈伦斯坦环)有紧密联系。因此虽然一般九点确定可以确定一条三次曲线,但如果九点处于一种特殊的位置,则确定不了一条三次曲线。有关Pappus定理和Pascal定理的证明,可参考: CAYLEY-BACHARACH THEOREMS AND CONJECTURES,D. Eisenbud, M. Green and J. Harris
有关Cayley-Bacharach定理的推广及其他,可参考: CURVES IN CAGES: AN ALGEBRO-GEOMETRIC ZOO,Gabriel Katz
众多曲线
引言
《三次曲线枚举》首先根据平面曲线与直线相交所产生的交点数来定义曲线的阶,同时指出圆锥曲线的许多概念与性质可以被推广至高次曲线.例如牛顿提出了适合高次曲线的一般直径理论(在这理论中n次曲线的直径被定义为该曲线与一平行直线簇中每一条的n个交点的重心轨迹)和一般渐近线理论等。
Newton讨论了三次曲线的分类.他注意到任一三次曲线至少有一个实渐近方向,取与此方向平行的直线为
坐标轴之一,牛顿导出了三次
曲线方程的四类基本形式——事实上:Newton发现他们都是五种三次发散抛物线(Newton如是说,即divergent cubic parabolas)的投影,正像所有的
圆锥曲线都可看作是圆的投影一样——由此Newton将所有三次曲线分为72类,而丢失了其中的六类(J.斯特林(Stirling,1717)、G.克莱姆(Cramer,1746)等人又追加了6种)。Newton的
分类方法被欧拉批评,被认为缺乏一般性——不过这是后话。Plücker后来又改了更完善的219种分类。
在仿射平面上,每个三次曲线与
无穷远线有三个交点,必有一实交点(另外两个也可以是实交点,也可以是共轭的虚交点)。交点处的切线即为渐近线,这样我们必得到一个实渐近线,并以此为轴,可
化简为
(i)xy2+ey=ax3+bx2+cx+d,
(ii)xy=ax3+bx2+cx+d,
(iii)y2=ax3+bx2+cx+d,
(iv)y=ax3+bx2+cx+d.
第一类(i)xy2+ey=ax3+bx2+cx+d(立方双曲线) 这也是 最
复杂的一类,两边同时乘以x,得
(xy+e/2)2=ax3+bx2+cx+d+1/4*e2(2)
讨论这两个方程的根
其中,比较著名的有蛇形线(Serpentine Curve):
x2y+a2 y-b2x=0Fig1.一般立方
双曲线一般立方双曲线有三条渐近线,近似于双曲线。中间为
卵形线(oval)(三个分支,一内一外,另一个则在两渐近线同侧)且(2)中四实根互异
Fig2-8
如右图册所示