如何求笛卡尔叶形线的渐近线 x³+y³=3axy?

如何求笛卡尔叶形线的渐近线 x³+y³=3axy?

我之前没想过这个问题或画过图,但我说下从射影空间的角度出发来从头想这类问题,我会怎么想,几何图景是什么。这回答算是我的个人草稿本,不建议微积分或解析几何的学生参考我的回答。本回答(不负责任地)假设读者知道射影空间上的微积分。

如果它有渐近线,说明它与射影空间P^2中的无穷远线([x:y:0]组成的集合)相交,且这条渐近线就是原曲线在交点处的切线. 渐近线在射影空间中是这么读出来的:

1. 曲线与无穷远线的交点P决定渐近线斜率。

2. 曲线在P处的切线方向决定渐近线的截距。

(注意:斜率和截距看起来反了!这就是射影空间的日常)

曲线在射影空间的方程如下:

x^3+y^3=3axyz

现求其与无穷远线的交点P,即是设z=0。有x^3+y^3=0, 故P=[x:y:0]=[1:-1:0].

为求曲线在P的切线方向,我们考虑chart {x=1}. 这样曲线方程变成1+y^3=3ayz, 而P点位置是(y,z)=(-1,0)

z=(1+y^3)/3ay

dz/dy=1/3a * (-1/y^2+2y)

带入(y,z)=(-1,0) 得 切线斜率是1/3a * -3 = -1/a

所以切线的点斜式是 z-0=-1/a (y+1), 整理得

1/a + 1/a y + z=0

放回射影空间,这条切线就是我们要的渐近线!方程为

1/a x + 1/a y + z = 0

由于原问题考虑的xy平面就是射影空间的z=1 chart, 这条直线方程变成

1/a x + 1/a y + 1 = 0

整理得 x + y = -a (或者说y=-x-a, 取决于你喜欢哪个形式)

这就是渐近线方程。