[翻译]锥线几何(Geometry of Conics)第一章:二次曲线的诸基本性质1.3(I)

本文译自A. V. Akopyan, A. A. Zaslavsky, trans. Alex Martsinkovsky, Geometry of Conics, American Mathematical Society, 2007.
翻译:野吕侯奈因
仅供学习交流使用
译者按:
本书在几何爱好者之间小有人气,但目前网上只能找到一些零散的翻译.鉴于目前通行的数学教学中对于二次曲线问题的处理方式过于单一,希望能借翻译本书的机会来推广一下二次曲线的射影几何视角.

1.3. 光学性质
众所周知,当光线在镜面处反射时,其反射角会等于对应的入射角.这与所谓的费马原理(Fermat principle)有关,即光总会沿最短路径转播.接下来我们来证明这条路径的确是最短的.
也就是说对于居于直线同一侧的两点
和
,我们需要找到
上一点
,使得
到
和
的距离之和最小.作出
关于
的对称点
,容易验证,对于
上任意的点
,都有
.于是我们只需找到找到
上一点
,使得
到
和
的距离之和最小即可.显然,该最小值会在
与
交点处取得.(图1.7)

练习1. a)对于分居直线两侧的点
和
,试求
上一点
,使得
到
与
的距离之差的绝对值最大.
b) 给出不重叠的两直线和
以及不在两直线上的点
,试求试求
上一点
,使得
到
与
的距离之差的绝对值最大.
解答. a)设为
关于
的对称点.容易验证,对于
上任意的点
,都有
.我们只需找到
上使得
到
与
的距离之差的绝对值最大的位置即可.由三角不等式有
,当且仅当
、
与
三点共线时取得最大值.另外,由于
与
对称,会有
和
夹
所形成的两角相等.(图1.8)

b) 设为
关于
的对称点.取
与
中到
距离较小的一点.不妨设其为
,再设
到
的距离为
,于是对于
上任意的
,其到
的距离都不大于
,因此本题所求差值也就不会超过
了.而当
位于
过
的垂线上时其值取得
(图1.9).

我们同样能够注意到当a)中的直线平行于
或是b)中的
垂直于
时,都无法取得对应最小值(或者说在无穷远处取得).