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[翻译]锥线几何(Geometry of Conics)第一章:二次曲线的诸基本性质1.7(I)

2023-08-27 00:10 作者:瀰㴉夃  | 我要投稿

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.

1.7. 抛物线的奇妙性质

在本节中出现的F指代的都是抛物线的焦点.

       让我们从一个将会不止一次地用到的引理说起.

引理1.1. 抛物线的焦点关于一切线的对称点会落在准线上,准确地说是切点在准线上的投影(图1.24).

证明. 设直线l切抛物线于点PP'P在准线上的投影.由于%5Ctriangle%20FPP'为等腰三角形而l%5Cangle%20P的角平分线,有l为该三角形的对称轴.故有Fl上的对称轴P'落在准线上.%5Csquare

图1.24

推论. 抛物线的焦点在其切线上的投影会落在该抛物线在其顶点处的切线上.(图1.25)

图1.25

引理1.2. 设抛物线在点XY处的切线交于P,则有P%5Ctriangle%20FX'Y'的外接圆圆心,其中X'Y'分别为XY在准线上的投影.

证明. 由引理1.1,两切线分别为FX'FY'的中垂线.那么其交点自然为%5Ctriangle%20FX'Y'的外接圆圆心.(图1.26)%5Csquare

图1.26

推论. 若抛物线在点XY处的切线交于P,则有P在准线上的投影平分XY在准线上的投影所连线段.(图1.27)

图1.27

       下述定理与定理1.2和1.5很相似,只不过将椭圆换成了抛物线.我们要回答这个问题:关于一抛物线的视角为直角的点的集合长什么样子.

定理1.7. 关于一抛物线的视角为直角的点P的集合即为抛物线的准线.更进一步,若PXPY都与抛物线相切,则有XYF,且PF%5Ctriangle%20PXY的高(图1.28).

证明.P落在准线上,而设X'Y'分别为XY在准线上的投影.那么自然有%5Ctriangle%20PXF%5Ccong%5Ctriangle%20PXX'(由其关于PX的对称性).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.而显然这是满足此条件的唯一点.%5Csquare

图1.28

       由于对于其他的圆锥曲线也有类似的结论,所以上述定理看起来还是比较自然的(译者注:见本书1.4(CV25716024)).但此定理的开头部分却有着意料之外地只属于抛物线的推论,且将会被运用到3.2中弗雷吉尔定理(Frégier's theorem)的证明中.

定理1.8. 关于抛物线的视角为%5Cphi180%5E%5Ccirc-%5Cphi的所有点的集合为一条以F为焦点,l为准线的双曲线(图1.29)

图1.29

证明. 首先,设由P向抛物线引两切线PXPY夹角为%5Cphi.姑且先来考虑%5Cphi%20%3E90%5E%5Ccirc的情况.

       设X'Y'分别为XY分别为XY在准线上的投影.那么显然有%5Cangle%20X'FY'%3D180%5E%5Ccirc-%5Cphi(译者注:由引理1.1,有XP%5Cbot%20X'FYP%5Cbot%20Y'F,故有四点共圆,如此该结论便是显然的了).而由引理1.2,有P%5Ctriangle%20FX'Y'的外接圆圆心,故有%5Cangle%20X'PY'%3D360%5E%5Ccirc-2%5Cphi

       因此P到准线的距离为PF%5Cvert%5Ccos(180%5E%5Ccirc-%5Cphi)%5Cvert%3DPF%5Cvert%5Ccos%5Cphi%5Cvert且有P落在一条焦点和准线与抛物线重合的双曲线上,而其离心率等于%5Cfrac%7B1%7D%7B%5Cvert%5Ccos%5Cphi%5Cvert%7D(即其两渐近线的夹角等于2%5Cphi).

       而当两切线夹角为180%5E%5Ccirc-%5Cphi时上述过程仍然成立.进一步地说,当一条抛物线落在两切线所夹的锐角之内时,P位于距F所在支“更远”的双曲线支上;而当抛物线落在两切线所夹的钝角之内时,P则位于距F所在支“更近”的双曲线支上.

(译者注:对于成锐角的情况其直观形式则如图o所示.)

图o


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