圆锥曲线与齐次方程

TheMatrix
高中都学圆锥曲线。为什么学圆锥曲线不学圆柱曲线?就是因为圆锥曲线是齐次方程截取的曲线。圆锥曲面就是齐次方程的解集。而圆柱曲面不是。圆锥曲面和圆柱曲面都是直纹面 - 由一根一根直线组成的。但是圆锥曲面的每根直线都通过原点,不仅是直线,还是线性子空间。而圆柱曲面每根直线不是线性子空间。所以圆锥曲面圆锥曲线比较好研究。

不过圆锥曲面是二次曲面,圆锥曲线是二次曲线。扩展到三次就到了三次曲面和椭圆曲线。

圆锥曲线的方法,是先维度升上去,(升一维),然后在高一维的空间中,考察一个几何物体,以这个物体的不同截面,来统一低一维上的各种曲线。统一与联系,这是数学中的一个主题。

齐次方程还有一个好处,就是方便处理无穷大。拓扑上看,它是一个compact space。一个space它是compact的,就可以有穷尽分类研究的可能。

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共 30 条评论

  1. TheMatrix
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    FGH 写了: 2023年 3月 10日 16:19 直线拉的都是双曲面。比如:z=xy.
    这是二次的,还有三次的。比如
    y2z=x3+xz2+z3
  2. FGH
    FGH

    TheMatrix 写了: 2023年 3月 10日 16:11 对。就是这样的东西。没有实物真的很难形象化,这还是直纹面,要是一般曲面就更难了。而还是能嵌入三维中的曲面,不能嵌入了就更难了。
    直线拉的都是双曲面。比如:z=xy.
  3. TheMatrix
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    FoxMe 写了: 2023年 3月 10日 15:55 实物。中间的直纹面用直线拉起来的,是些什么面?

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    对。就是这样的东西。没有实物真的很难形象化,这还是直纹面,要是一般曲面就更难了。而还是能嵌入三维中的曲面,不能嵌入了就更难了。
  4. FoxMe
    FoxMe

    实物。中间的直纹面用直线拉起来的,是些什么面?

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  5. TheMatrix
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    学会了用Python存GIF图:

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  6. FoxMe
    FoxMe

  7. TheMatrix
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    这个图左边是标准的 y2 = x3+x+1。

    右边是该曲线对应的齐次方程的直纹面,以x-轴为旋转轴旋转10°(上半部分朝向我们),再被z=1平面截取的曲线。

    也就是说这两个曲线的直纹面应该是一样的。I had a hard time to imagine it.

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  8. TheMatrix
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    TheMatrix 写了: 2023年 2月 25日 17:45 上面这张是把z方向放大5倍的。可能没有必要。下面这一张图z没有放大。观察点选在z=1平面的上方,坐标大概在(x=5,y=-1,z=5)附近。图上的坐标没有什么意义,是视平面的二维坐标。

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    这张好像更清楚一些。观察距离拉远一些,视平面上放大:

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  9. TheMatrix
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    TheMatrix 写了: 2023年 2月 25日 10:57 这个是 y2=x3+x+1的(齐次方程)的直纹面图。
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    上面这张是把z方向放大5倍的。可能没有必要。下面这一张图z没有放大。观察点选在z=1平面的上方,坐标大概在(x=5,y=-1,z=5)附近。图上的坐标没有什么意义,是视平面的二维坐标。

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  10. TheMatrix
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    这个是 y2=x3+x+1的(齐次方程)的直纹面图。

    直纹面的起始点都是原点,就是图中所有绿色直线交汇的点。图中黑色的cube是(x,y,z)从(0,0,0)到(3,5,1)的cube。最大的这个正面,往上是z方向,往左是y方向,往里是x方向。

    蓝色的曲线就是通常的二维图曲线。这里只画了y>0的部分,也就是曲线的上半部分。在三维图中,它应该是在z=1平面上的,也就是黑色cube的上平面,标志了蓝色的那个平面。

    蓝色曲线应该往y=infinity方向延申,但是我们用y=5这个平面截取它,也就是标志了红色的那个面。可以看出直纹面在往y=infinity处延申时,其截面曲线又回到了z=0。

    线图还是看不清楚。至少要光影图。最好是3d打印实物模型。另外,实物模型的截面也很难想象,最好是实物切割,然后直接看截面。

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  11. TheMatrix
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    TheMatrix 写了: 2023年 2月 23日 13:51 三维图我只会画线图,但是线太多就乱了,看不出前后了。动图也看不清。
    平面三维图如果能做到像Windows 3D Viewer那样,任意旋转,还要配合上texture和光线效果,那可能可以部分替代真三维模型。

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  12. TheMatrix
    TheMatrix

    FoxMe 写了: 2023年 2月 23日 13:20 能不能画个三维的图?
    三维图我只会画线图,但是线太多就乱了,看不出前后了。动图也看不清。
  13. TheMatrix
    TheMatrix

    TheMatrix 写了: 2023年 2月 22日 21:21 我不明白这部分是怎么出现的:

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    想明白了。主要是这一点(图中的红点)。这个点实际上是个“可去奇点”。从右边和左边分别接近它,但是从直纹面实物截取来看,这个点是不存在的。所以是可去奇点。没有实物很难想象啊。

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  14. FoxMe
    FoxMe

    能不能画个三维的图?
  15. TheMatrix
    TheMatrix

    TheMatrix 写了: 2023年 2月 22日 18:46 哦。我画的坐标尺度太小,放到(-20,20),旋转5°就出现大拐弯了。

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    我不明白这部分是怎么出现的:

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