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Pappus和Pascal定理的推广:一个关于三次曲线的定理

(2014-07-26 21:25:19)
标签:

数学

http://s16/mw690/0040rvx6gy6KKTeeKuj1f&690

先说一下三次曲线的定理吧。定理讲的是:有一条关于x和y的三次方程所确定的平面曲线(简称三次曲线)。有两组直线,每一组有三条,这两组间的直线一一相交,共有9个交点。如果三次曲线过其中的8个交点,那么它必过第9个交点。上图已经表示清楚了,黑色线条是三次曲线,蓝色和红色分别是两组直线,9个标明的点是交点。

这个定理很好证。设三次曲线为P(x,y)=0,6条直线分别为A=0,B=0,C=0,D=0,E=0,F=0。其中ABC一组,DEF一组。接下来设Q=P-λABC-γDEF。我们可以选定适当的λ和γ使Q没有x^3和y^3项(其实没有必要非得是这两个项,换一下也可以)。

接下来就神了。注意,三次曲线的通式为ax^3+bx^2+cx+d+ex^2 y+fxy+gy+hxy^2+iy^2+jy^3,共有10个待定系数。由于Q没有x^3和y^3项,所以Q只有8个待定系数。而在已知的8个交点上Q的值都是0,所以Q恒为0。也因此,P=λABC+γDEF。显然在第9个交点上P的值也是0。所以P=0过第9个交点。

注意到,如果有交点是切点,那么它要算两个交点,因为切点可以解决两个待定系数。

 

文章的题目还扯到了另外两个定理,他们和三次曲线的定理有什么关系呢?其实他们只是特殊情况下的版本。

 

http://s1/mw690/0040rvx6gy6KKUYIFr210&690

Pappus定理:直线L1上依次有ABC三点,直线L2上依次有DEF三点。设AE,BD交于P,AF,CD交于Q,CE,BF交于R,那么PQR共线。
实际上,把L1,L2和PQR所在的线段合起来看做一个三次曲线,按照图中把直线分组,就能马上得到结果。

 

http://s5/mw690/0040rvx6gy6KKVsaxuYd4&690

Pascal定理:圆内接六边形ABCDEF,设AB,DE交于Q,BC,EF交于P(我不小心把BC隐藏了),CD,AF交于R,那么PQR共线。

事实上,把圆和PQR所在的直线合起来看做三次曲线,按图中分组,就能马上得到结果。

此外,还能秒证圆锥曲线版本的Pascal定理,切线版本的Pascal定理等。

 

这篇文章也表明了看问题角度的重要性,站在高处更能把问题看得更清楚。当初我费了好大一番功夫才证出Pascal定理,现在一看,原来从三次曲线的角度它那么简单。学完高等数学后,如果你重新看一眼初等数学,你会吃惊的发现,"哦,原来是这样啊!"

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这段话是我恢复文章的时候(也就是写这篇文章3年后)写的:上面的最后一段话,竟然有点耐人寻味。我在现在全面接触到的高等观点,已经刷新了我对数学的认识。重新看到这些初等的东西,看法都会不一样。而这些,我在写这篇文章的时候竟然多少预料到了……?

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