二次曲线形状的不严谨证明

先看一个方程

(ax+by+f)(cx+dy+e)=0

它的解为 ax+by+f=0 cx+dy+e= 0 ,是两条直线。

再看方程:

(ax+by+f)(cx+dy+e)=k

无论如何改变参数,都不与 ax+by+f=0 cx+dy+e= 0 相交,所以它是双曲线。这两条直线是双曲线的渐近线。

把它展开可得

acx^2+bdy^2+(ad+bc)xy+(ae+cf)x+(be+df)y+ef=k

根据基本不等式:

\frac{ad+bc}{2} > \sqrt{adbc}

二次曲线的标准方程:

A x^2+B x y+C y^2+D x+E y+F=0

对照上式子有:

\frac{B}{2} > \sqrt{AC}

变换一下有:

B^2-4AC>0

此时二次曲线能配成 (ax+by+f)(cx+dy+e)=k 的形式,所以是双曲线。反之, B^2-4AC<0 说明配不成 (ax+by+f)(cx+dy+e)=k 的形式,此时是椭圆。 B^2-4AC=0 的临界情况是抛物线。

总结一下:
B^2-4AC>0 时,二次曲线为双曲线。
B^2-4AC=0 时,二次曲线为抛物线。
B^2-4AC<0 时,二次曲线为椭圆。

当然,这是非常不严谨的证明。严谨证明需要用到线性代数中二次型的知识,毕竟二次型起源于讨论二次曲线与二次曲面的分类问题。

posted @ 2025/07/15 03:34:13