四次平面曲线

四次平面曲线()是四的平面代數曲線,可以表示為以下的多變數四次方程:

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

A, B, C, D, E中至少要有一個不為0。方程式有15個常數,不過方程式若乘以非零的任意數,不會改變曲線,因此可以將其中一個常數固定為1,留下14個可調整的常數。四次曲线的空間可以視為是\mathbb{RP}^{14}的实射影空间。依照,若考慮一般位置下14個不同的點,通過這十四個點的四次平面曲线唯一,因此四次平面曲线的自由度為14。

四次曲线最多可以有:

  • 四個相連的部份
  • 28個
  • 3個一般的二重點。

也可以考慮在其他數學域(甚至是环)中的四次曲线,例如在复数中的四次曲线。此時可以得到黎曼曲面,在C上是一維的物件,但在R上是二維的物件。例如,另外也可以探討射影平面下的曲線,由齐次多项式所定義。
舉例
上述曲線中,係數的不同組合產生了以下重要的曲線族。

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  • 卡西尼卵形线

*三尖瓣线
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  • 杖头线

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*双扭线
**伯努利双纽线
**8字型线
*帕斯卡蜗线
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*方圓形
**
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&符號曲線
&符號曲線(ampersand curve)是以下方程對應的四次曲線
:\ (y^2-x^2)(x-1)(2x-3)=4(x^2+y^2-2x)^2.
其亏格為0,有三個一般的雙點,都在實數平面上。

Bean曲線
Bean曲線(bean curve)是以下方程對應的四次曲線
:x^4+x^2y^2+y^4=x(x^2+y^2). \,
其亏格為0,在原點有一個奇点,是一個一般的三次點

Bicuspid曲線
bicuspid是方程式如下的四次曲線:
:(x^2-a^2)(x-a)^2+(y^2-a^2)^2=0 \,
其中a決定了曲線的大小。
bicuspid只有二個node為奇異點,因此是虧格為1的曲線。

Bow曲線
Bow曲線是方程式如下的四次曲線:
:x^4=x^2y-y^3. \,
x=0, y=0處有單一的三重點,是有理曲線,虧格為0。

Cruciform曲線
Cruciform曲線是以下方程的四次曲線
:x^2y^2-b^2x^2-a^2y^2=0 \,
其中ab為決定曲線形狀的参数。
Cruciform曲線可以透過一個標準的二次變換x ↦ 1/x, y ↦ 1/y轉變為橢圓a2x2 + b2y2 = 1,因此是虧格為0的有理平面代數曲線。Cruciform曲線在实射影平面中有三個雙重點,是(x=0、y=0),(x=0 、z=0) 以及(y=0、z=0)。

此曲線是有理曲線,參數化後的結果也是有理函數。例如,令a=1及b=2,可得以下的參數式
:x = -\frac{t^2-2t+5}{t^2-2t-3},\quad y = \frac{t^2-2t+5}{2t-2}
其中唯一一個無法參數化的點是會讓參數式分母為零的點。

Spiric截面
可以定義成對x軸及y軸對稱的四次平面曲线。Spiric截面包括在環面曲線中,其中包括了及卡西尼卵形线。其英文名稱Spiric源自古希臘文的環面σπειρα。

笛卡儿坐标系下的方程式為

:(x^2+y^2)^2=dx^2+ey^2+f ,

極座標系的方程式為

:r^4=dr^2\cos^2\theta+er^2\sin^2\theta+f. \,

三葉線
三葉線(three-leaved clover)是以下方程的四次平面曲線
:
x^4+2x^2y^2+y^4-x^3+3xy^2=0. \,

在求解y後,曲線可以表示為以下的方程:
:
y=\pm\sqrt{\frac{-2x^2-3x\pm\sqrt{16x^3+9x^2}}{2}},

其中二個±是彼此獨立的,因此每一個x會對應四個y值。

三葉線的參數式為
:
x = \cos(3t) \cos t,\quad y = \cos(3t) \sin t. \,

在極坐標(x = r cos φ, y = r sin φ)下的方程如下
:r = \cos(3\varphi). \,
這是玫瑰线中k = 3的特例。
三葉線在原點處為三重點,有三個二切線。

參考資料

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