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刘瑞祥:已知圆锥曲线上的五个点,求做该曲线上的其余点

已有 2471 次阅读 2021-4-25 10:37 |个人分类:数学|系统分类:科普集锦

  我们知道,如果给定三个不在同一直线上的点,可以唯一地确定一个圆,方程可以用下面的行列式表示:

01.jpg

而这用尺规作图解决也很容易,就不再赘述了。

  如果问题涉及的是一般的圆锥曲线呢?因为二次曲线的一般形式是:

02.jpg

而这六个参数只有五个是独立的,意味着只要给出其上五个点的坐标就可以了。为看清这一点,我们可以模仿前面的行列式公式,写成下面的形式:

03.jpg

可以看出,我们只要把这个行列式按第一行展开就可以了。但真正的困难在于作图,即题目所说的——已知圆锥曲线上的五个点,求做该曲线上的其余点

  下面的方法见于牛顿《自然哲学的数学原理》一书的第一编第五章命题22问题14(参见版本为王克迪翻译、陕西人民出版社&武汉出版社2001年出版的中文版,P100~101)。需要说明以下几点:

 1.图中的字母与原书相同,已知点为A、B、C、P、D

 2.原书没有绘出完整的圆锥曲线,下面的图以虚线代表之,并绘出坐标轴;

 3.原文叙述方法与现代有异,为便于大家阅读,在译文的基础上做了调整;

 4.原文有证明过程,并在该命题后还有作出圆锥曲线中心、焦点等点的推论,但涉及比较多的引理,目前我尚未理出头绪,敬请读者原谅,也希望有读者能发表相应文章(不限于牛顿的方法)。

方法一:

04.jpg

 1.连接AB、AC、BD、CD;

 2.过P做AB、AC的平行线,前者交直线AC于点S、交直线DB于点T,后者交直线AB于点Q,交直线DC于点R;

 3.连接RT;

 4.做RT的任意平行线,交直线RQ于点r,交ST于点t;

 5.连接Bt、Cr并延长,二者交于点d。

  点d即为所求。(当rt移动时,d点亦相应移动)

003gS75Zzy7M6QZlapw7e.gif

方法二:

06.jpg

 1.连接AB、BC、CA;

 2.连接BD、CD,过B、C两点分别作直线,交于点M,使角DBM等于角ABC,角DCM等于角ACB;

 3.连接BP、CP,过B、C两点分别作直线,交于点N,使角PBN等于角ABC,角PCN等于角ACB;

 4.连接MN;

 5.在MN上任取一点m,过B、C两点分别作直线,交于点d,使角mBd等于角ABC,角mCd等于角ACB。

003gS75Zzy7M25LF4dgce.jpg

  点d即为所求。(当m移动时,d点亦相应移动)

08.gif

  关于圆锥曲线的作图,《原理》一书还讨论了其它一些问题,比如已知若干点和直线(点、线的总和是五),求作过这些点且与这些直线相切的圆锥曲线等,将来如有可能再与读者分享。



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