奇点 (几何)

奇点 (几何)

平面上的代数曲线可以定义为满足方程f(x, y)=0的点的集合,其中f是多项式函数。

若f展开为以下的形式

f

=

a

0

+

b

0

x

+

b

1

y

+

c

0

x

2

+

2

c

1

x

y

+

c

2

y

2

+

{\displaystyle f=a_{0}+b_{0}x+b_{1}y+c_{0}x^{2}+2c_{1}xy+c_{2}y^{2}+\dots \,}

且若原点(0, 0)在曲线上,则a0=0。若b1≠0,则隐函数定理可确定有一光滑函数h,使得在原点附近y=h(x)会成立。同様的,若b0≠0,则在原点附近曲线会接近x=k(y) 。上述任何一个情形下,都有一个光滑映射从R映射到原点附近曲线所在的平面,注意在原点处

b

0

=

f

x

,

b

1

=

f

y

,

{\displaystyle b_{0}={\partial f \over \partial x},\,b_{1}={\partial f \over \partial y},}

因此只要任何一个f的偏导数不为零,曲线即为非奇异。曲线的奇点出现在二个偏导数皆为零的位置。

f

(

x

,

y

)

=

f

x

=

f

y

=

0.

{\displaystyle f(x,y)={\partial f \over \partial x}={\partial f \over \partial y}=0.}

非奇点

假设曲线通过原点,原点附近可近似为y=mx,则f可以写为如下的式子

f

=

(

b

0

+

m

b

1

)

x

+

(

c

0

+

2

m

c

1

+

c

2

m

2

)

x

2

+

.

{\displaystyle f=(b_{0}+mb_{1})x+(c_{0}+2mc_{1}+c_{2}m^{2})x^{2}+\dots .\,}

若b0+mb1不为零,则f=0在x=0处有阶数为1的解。若b0+mb1=0 ,则f=0在x=0处有阶数为2(或更高)的解,且y=mx及b0x+b1y=0都会是曲线的切线。此时,若if c0+2mc1+c2m2不为零,则曲线在和y=mx接触处有二重点(point of double)。若x2, c0+2mc1+c2m2的系数为零,但x3系数不为零,则原点是曲线的拐点。若x2和x3的系数都是零,则原点称为曲线的波动点(point of undulation)。上述分析可以应用在曲线上的任意点,只要平移坐标轴,使要分析的点变成原点即可[1]。

二重点

三个帕斯卡蜗线,左图是没有二重点的帕斯卡蜗线,中间的蜗线(心脏线)在原点处有一个尖点,右边的蜗线在原点有一个叉点,也就是曲线在该位置有二条切线

若在上述说明中,b0和b1都是零,但至少c0、c1和c2中有一个不为零,则原点即为曲线的二重点。再令y=mx,则f可写成

f

=

(

c

0

+

2

m

c

1

+

c

2

m

2

)

x

2

+

(

d

0

+

3

m

d

1

+

3

m

2

d

2

+

d

3

m

3

)

x

3

+

.

{\displaystyle f=(c_{0}+2mc_{1}+c_{2}m^{2})x^{2}+(d_{0}+3md_{1}+3m^{2}d_{2}+d_{3}m^{3})x^{3}+\dots .\,}

二重点可以依以下方程的解来分类:

c0+2mc1+m2c2=0.

叉点

若c0+2mc1+m2c2=0有二个m的实根,也就是c0c2−c12<0,则原点为叉点。曲线在叉点和自身相交,二条切线对应c0+2mc1+m2c2=0的二个解。原点为函数f的鞍点。

孤立点

若c0+2mc1+m2c2=0没有m的实根,也就是c0c2−c12>0,则原点为孤立点。在实数平面上,原点为曲线的一个孤点,不过若当做复数曲线来考虑,c0+2mc1+m2c2=0的二部分的解之间有复数的切线相连。此情形下函数在原点处有极值。

尖点

若c0+2mc1+m2c2=0有一个m的二重根,也就是c0c2−c12=0,原点称为尖点。此时曲线在原点变动方向,产生一个尖锐的图形。曲线在原点处有单一的切线,但是可视为二条恰好重合的切线。

进一步的分类

node一词是用来表示叉点或是孤立点,也就是不为尖点的二重点。曲线中node数量及尖点数量是二个曲线的不变量,在普吕克公式(英语:Plücker formula)中有用到。

若c0+2mc1+m2c2=0的一个解也是d0+3md1+3m2d2+m3d3=0的解,则曲线对应的分支在原点为拐点,此时原点称为flecnode。若两条切线都有此性质,则c0+2mc1+m2c2为d0+3md1+3m2d2+m3d3的因式,原点称为biflecnode[2]。

三重点

一个有三重点的曲线

若f中所有小于k次方的系数都为零,且至少有一项k次方的系数不为0,此曲线即有k阶的多重点。一般而言曲线在原点处有k条切线,不过有些切线可能会是虚数[3]。

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