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[翻譯]錐線幾何(Geometry of Conics)第一章:二次曲線的諸基本性質(zhì)1.7(I)

2023-08-27 00:10 作者:瀰?夃  | 我要投稿

本文譯自A. V. Akopyan, A. A. Zaslavsky, trans. Alex Martsinkovsky, Geometry of Conics, American Mathematical Society, 2007.
翻譯:野呂侯奈因
僅供學(xué)習(xí)交流使用
譯者按:
?????? 本書在幾何愛好者之間小有人氣,但目前網(wǎng)上只能找到一些零散的翻譯.鑒于目前通行的數(shù)學(xué)教學(xué)中對于二次曲線問題的處理方式過于單一,希望能借翻譯本書的機會來推廣一下二次曲線的射影幾何視角.

1.7. 拋物線的奇妙性質(zhì)

在本節(jié)中出現(xiàn)的F指代的都是拋物線的焦點.

?????? 讓我們從一個將會不止一次地用到的引理說起.

引理1.1. 拋物線的焦點關(guān)于一切線的對稱點會落在準(zhǔn)線上,準(zhǔn)確地說是切點在準(zhǔn)線上的投影(圖1.24).

證明.?設(shè)直線l切拋物線于點PP'P在準(zhǔn)線上的投影.由于%5Ctriangle%20FPP'為等腰三角形而l%5Cangle%20P的角平分線,有l為該三角形的對稱軸.故有Fl上的對稱軸P'落在準(zhǔn)線上.%5Csquare

圖1.24

推論. 拋物線的焦點在其切線上的投影會落在該拋物線在其頂點處的切線上.(圖1.25)

圖1.25

引理1.2. 設(shè)拋物線在點XY處的切線交于P,則有P%5Ctriangle%20FX'Y'的外接圓圓心,其中X'Y'分別為XY在準(zhǔn)線上的投影.

證明. 由引理1.1,兩切線分別為FX'FY'的中垂線.那么其交點自然為%5Ctriangle%20FX'Y'的外接圓圓心.(圖1.26)%5Csquare

圖1.26

推論. 若拋物線在點XY處的切線交于P,則有P在準(zhǔn)線上的投影平分XY在準(zhǔn)線上的投影所連線段.(圖1.27)

圖1.27

???????下述定理與定理1.2和1.5很相似,只不過將橢圓換成了拋物線.我們要回答這個問題:關(guān)于一拋物線的視角為直角的點的集合長什么樣子.

定理1.7. 關(guān)于一拋物線的視角為直角的點P的集合即為拋物線的準(zhǔn)線.更進一步,若PXPY都與拋物線相切,則有XYF,且PF%5Ctriangle%20PXY的高(圖1.28).

證明.P落在準(zhǔn)線上,而設(shè)X'Y'分別為XY在準(zhǔn)線上的投影.那么自然有%5Ctriangle%20PXF%5Ccong%5Ctriangle%20PXX'(由其關(guān)于PX的對稱性).故有%5Cangle%20PFX%3D%5Cangle%20PX'X%3D90%5E%5Ccirc,同理,有%5Cangle%20PFY%3D%5Cangle%20PY'Y%3D90%5E%5Ccirc.那么就有%5Cangle%20XPY%3D%5Cfrac12(%5Cangle%20FPX'%2B%5Cangle%20FPY')%3D90%5E%5Ccirc.而顯然這是滿足此條件的唯一點.%5Csquare

圖1.28

???????由于對于其他的圓錐曲線也有類似的結(jié)論,所以上述定理看起來還是比較自然的(譯者注:見本書1.4(CV25716024)).但此定理的開頭部分卻有著意料之外地只屬于拋物線的推論,且將會被運用到3.2中弗雷吉爾定理(Frégier's theorem)的證明中.

定理1.8. 關(guān)于拋物線的視角為%5Cphi180%5E%5Ccirc-%5Cphi的所有點的集合為一條以F為焦點,l為準(zhǔn)線的雙曲線(圖1.29)

圖1.29

證明. 首先,設(shè)由P向拋物線引兩切線PXPY夾角為%5Cphi.姑且先來考慮%5Cphi%20%3E90%5E%5Ccirc的情況.

???????設(shè)X'Y'分別為XY分別為XY在準(zhǔn)線上的投影.那么顯然有%5Cangle%20X'FY'%3D180%5E%5Ccirc-%5Cphi(譯者注:由引理1.1,有XP%5Cbot%20X'F,YP%5Cbot%20Y'F,故有四點共圓,如此該結(jié)論便是顯然的了).而由引理1.2,有P%5Ctriangle%20FX'Y'的外接圓圓心,故有%5Cangle%20X'PY'%3D360%5E%5Ccirc-2%5Cphi

?????? 因此P到準(zhǔn)線的距離為PF%5Cvert%5Ccos(180%5E%5Ccirc-%5Cphi)%5Cvert%3DPF%5Cvert%5Ccos%5Cphi%5Cvert且有P落在一條焦點和準(zhǔn)線與拋物線重合的雙曲線上,而其離心率等于%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Cvert%5Ccos%5Cphi%5Cvert%7D(即其兩漸近線的夾角等于2%5Cphi).

?????? 而當(dāng)兩切線夾角為180%5E%5Ccirc-%5Cphi時上述過程仍然成立.進一步地說,當(dāng)一條拋物線落在兩切線所夾的銳角之內(nèi)時,P位于距F所在支“更遠”的雙曲線支上;而當(dāng)拋物線落在兩切線所夾的鈍角之內(nèi)時,P則位于距F所在支“更近”的雙曲線支上.

(譯者注:對于成銳角的情況其直觀形式則如圖o所示.)

圖o


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