四次平面曲线
四次平面曲线(quartic plane curve)是四次的平面代数曲线,可以表示为以下的多变数四次方程:
A, B, C, D, E中至少要有一个不为0。方程式有15个常数,不过方程式若乘以非零的任意数,不会改变曲线,因此可以将其中一个常数固定为1,留下14个可调整的常数。四次曲线的空间可以视为是的实射影空间。依照克莱姆定理,若考虑一般位置下14个不同的点,通过这十四个点的四次平面曲线唯一,因此四次平面曲线的自由度为14。
四次曲线最多可以有:
- 四个相连的部分
- 28个双切线
- 3个一般的二重点。
也可以考虑在其他数学域(甚至是环)中的四次曲线,例如在复数中的四次曲线。此时可以得到黎曼曲面,在C上是一维的物件,但在R上是二维的物件。例如Klein四次曲线,另外也可以探讨射影平面下的曲线,由齐次多项式所定义。
举例
上述曲线中,系数的不同组合产生了以下重要的曲线族。
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&符号曲线
&符号曲线(ampersand curve)是以下方程对应的四次曲线
Bean曲线
Bean曲线(bean curve)是以下方程对应的四次曲线
其亏格为0,在原点有一个奇点,是一个一般的三次点[2][3]。
Bicuspid曲线
bicuspid是方程式如下的四次曲线:
其中a决定了曲线的大小。 bicuspid只有二个node为奇异点,因此是亏格为1的曲线。 [4]
Bow曲线
Bow曲线是方程式如下的四次曲线:
在x=0, y=0处有单一的三重点,是有理曲线,亏格为0。 [5]
Cruciform曲线
Cruciform曲线是以下方程的四次曲线
其中a和b为决定曲线形状的参数。 Cruciform曲线可以透过一个标准的二次变换x ↦ 1/x, y ↦ 1/y转变为椭圆a2x2 + b2y2 = 1,因此是亏格为0的有理平面代数曲线。Cruciform曲线在实射影平面中有三个双重点,是(x=0、y=0),(x=0 、z=0) 以及(y=0、z=0)。 [6]
此曲线是有理曲线,参数化后的结果也是有理函数。例如,令a=1及b=2,可得以下的参数式
其中唯一一个无法参数化的点是会让参数式分母为零的点。
Spiric截面
Spiric截面可以定义成对x轴及y轴对称的圆代数四次平面曲线。Spiric截面包括在环面曲线中,其中包括了hippopede及卡西尼卵形线。其英文名称Spiric源自古希腊文的环面σπειρα。
笛卡儿坐标系下的方程式为
极座标系的方程式为
三叶线
三叶线(three-leaved clover)是以下方程的四次平面曲线
在求解y后,曲线可以表示为以下的方程:
其中二个±是彼此独立的,因此每一个x会对应四个y值。
三叶线的参数式为
在极坐标(x = r cos φ, y = r sin φ)下的方程如下
这是玫瑰线中k = 3的特例。 三叶线在原点处为三重点,有三个二切线。
参考资料
- ^ Weisstein, Eric W. (编). Ampersand Curve. at MathWorld--A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. (英语).
- ^ Cundy, H. Martyn; Rollett, A. P., Mathematical models 2nd, Clarendon Press, Oxford: 72, 1961 [1952], ISBN 978-0-906212-20-2, MR 0124167
- ^ 埃里克·韦斯坦因. Bean Curve. MathWorld.
- ^ Weisstein, Eric W. (编). Bicuspid Curve. at MathWorld--A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. (英语).
- ^ Weisstein, Eric W. (编). Bow. at MathWorld--A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. (英语).
- ^ Weisstein, Eric W. (编). Cruciform curve. at MathWorld--A Wolfram Web Resource. Wolfram Research, Inc. (英语).
- ^ Gibson, C. G., Elementary Geometry of Algebraic Curves, an Undergraduate Introduction, Cambridge University Press, Cambridge, 2001, ISBN 978-0-521-64641-3. Pages 12 and 78.