Плоская кривая четвертой степени - Quartic plane curve

Для одномерного случая см. Четвертичная функция.

А плоская кривая четвертой степени это плоская алгебраическая кривая четвертого степень. Его можно определить двумерным уравнением четвертой степени:

${displaystyle Ax^{4}+By^{4}+Cx^{3}y+Dx^{2}y^{2}+Exy^{3}+Fx^{3}+Gy^{3}+Hx^{2}y+Ixy^{2}+Jx^{2}+Ky^{2}+Lxy+Mx+Ny+P=0,}$

по крайней мере с одним из A, B, C, D, E не равно нулю. Это уравнение имеет 15 констант. Однако его можно умножить на любую ненулевую константу без изменения кривой; таким образом, выбирая подходящую постоянную умножения, любой из коэффициентов может быть установлен на 1, оставляя только 14 констант. Следовательно, пространство кривых четвертой степени можно отождествить с реальное проективное пространство ${displaystyle mathbb {RP} ^{14}}$. Также следует из Теорема Крамера об алгебраических кривых, что существует ровно одна кривая квартики, которая проходит через набор из 14 различных точек в общая позиция, поскольку в квартике 14 степени свободы.

Кривая квартики может иметь максимум:

• Четыре связанных компонента
• Двадцать восемь двойные касательные
• Три обычных двойные очки.

Можно также рассматривать кривые четвертой степени по сравнению с другими поля (или даже кольца ), например сложные числа. Таким образом получается Римановы поверхности, которые представляют собой одномерные объекты над C, но двумерны над р. Примером может служить Кляйн квартика. Кроме того, можно посмотреть на кривые в проективная плоскость, заданные однородными многочленами.

Примеры

Различные комбинации коэффициентов в приведенном выше уравнении приводят к различным важным семействам кривых, перечисленным ниже.

Двурогий Пуля-носовая кривая Декартово овал Кассини овал Дельтовидная кривая Бегемот Кампил из Евдокса Кляйн квартика

Лемниската Лемниската Бернулли Лемниската Джероно Лимасон Люрот четвертая Спирический раздел Squircle Особая квартика Ламе Торический разрез Кривая Тротта

• 

  Кривая амперсанда

• 

  Бобовая кривая

• 

  Двустворчатая кривая

• 

  Изгиб лука

• 

  Крестообразная кривая с параметрами (b, a), обозначенными (1,1) красным цветом; (2,2) зеленым цветом; (3,3) синим цветом.

• 

  Крестообразная кривая с параметрами (b, a), обозначенными (1,1) красным цветом; (2,1) зеленым цветом; (3,1) синим цветом.

• 

  Спирический раздел

• 

  Клевер трехлистный в Декартовы координаты

• 

  Клевер трехлистный в полярные координаты

Кривая амперсанда

В кривая амперсанда плоская кривая четвертой степени, заданная уравнением:

${displaystyle (y^{2}-x^{2})(x-1)(2x-3)=4(x^{2}+y^{2}-2x)^{2}.}$

Она имеет род ноль, с тремя обычными двойными точками, все в реальной плоскости. ^[1]

Бобовая кривая

В бобовая кривая плоская кривая четвертой степени с уравнением:

${displaystyle x^{4}+x^{2}y^{2}+y^{4}=x(x^{2}+y^{2}).,}$

Бобовая кривая имеет нулевой род. У него есть один необычность в начале координат обычная тройная точка.^[2][3]

Двустворчатая кривая

В двустворчатый плоская кривая четвертой степени с уравнением

${displaystyle (x^{2}-a^{2})(x-a)^{2}+(y^{2}-a^{2})^{2}=0,}$

куда а определяет размер кривой. двустворчатый имеет только два узла как особенности и, следовательно, является кривой первого рода. ^[4]

Изгиб лука

В изгиб лука плоская кривая четвертой степени с уравнением:

${displaystyle x^{4}=x^{2}y-y^{3}.,}$

Изгиб дуги имеет единственную тройную точку на Икс=0, у= 0 и, следовательно, является рациональной кривой с нулевым родом.^[5]

Крестообразная кривая

В крестообразная кривая, или же поперечная кривая плоская кривая четвертой степени, заданная уравнением

${displaystyle x^{2}y^{2}-b^{2}x^{2}-a^{2}y^{2}=0,}$

куда а и б два параметры Крестообразная кривая связана стандартным квадратичным преобразованием, Икс ↦ 1/Икс, у ↦ 1/у к эллипсу а²Икс² + б²у² = 1 и, следовательно, является рациональная плоская алгебраическая кривая нулевого рода. Крестообразная кривая имеет три двойные точки на реальная проективная плоскость, в Икс= 0 и у=0, Икс= 0 и z= 0 и у= 0 и z=0. ^[6]

Поскольку кривая является рациональной, ее можно параметризовать с помощью рациональных функций. Например, если а= 1 и б= 2, то

${displaystyle x=-{frac {t^{2}-2t+5}{t^{2}-2t-3}},quad y={frac {t^{2}-2t+5}{2t-2}}}$

параметризует точки на кривой вне исключительных случаев, когда знаменатель равен нулю.

Спирический раздел

Основная статья: Спирический раздел

Спирические сечения можно определить как двукруглый кривые четвертой степени, симметричные относительно Икс и у топоры. Спировые секции входят в семейство торические секции и включать семью бегемоты и семья Кассини овалы. Название происходит от σπειρα, что на древнегреческом означает тор.

Декартово уравнение можно записать как

${displaystyle (x^{2}+y^{2})^{2}=dx^{2}+ey^{2}+f,}$

и уравнение в полярных координатах как

${displaystyle r^{4}=dr^{2}cos ^{2} heta +er^{2}sin ^{2} heta +f.,}$

Клевер трехлистный

В клевер трехлистный плоская кривая четвертой степени

${displaystyle x^{4}+2x^{2}y^{2}+y^{4}-x^{3}+3xy^{2}=0.,}$

Решая для у, кривая может быть описана следующей функцией:

${displaystyle y=pm {sqrt {frac {-2x^{2}-3xpm {sqrt {16x^{3}+9x^{2}}}}{2}}},}$

где два появления ± не зависят друг от друга, что дает до четырех различных значений у для каждого Икс.

Параметрическое уравнение трехлистного клевера имеет вид

${displaystyle x=cos(3t)cos t,quad y=cos(3t)sin t.,}$^[7]

В полярных координатах (Икс = р cos φ, у = р sin φ) уравнение имеет вид

${displaystyle r=cos(3varphi ).,}$

Это частный случай кривая розы с k = 3. Эта кривая имеет тройную точку в начале координат (0, 0) и три двойные касательные.

Смотрите также

• Троичная квартика
• Битангенсы квартики

Рекомендации

1. Вайсштейн, Эрик В. "Кривая амперсанда". MathWorld.
2. Канди, Х. Мартин; Роллетт, А. П. (1961) [1952], Математические модели (2-е изд.), Clarendon Press, Oxford, p. 72, ISBN  978-0-906212-20-2, МИСТЕР  0124167
3. Вайсштейн, Эрик В. "Bean Curve". MathWorld.
4. Вайсштейн, Эрик В. «Двустворчатая кривая». MathWorld.
5. Вайсштейн, Эрик В. "Поклон". MathWorld.
6. Вайсштейн, Эрик В. «Крестообразная кривая». MathWorld.
7. Гибсон, К. Г., Элементарная геометрия алгебраических кривых, введение для студентов, Cambridge University Press, Кембридж, 2001 г., ISBN  978-0-521-64641-3. Страницы 12 и 78.