Hoffmann Miklós
Kempelen Farkas Hallgatói Információs Központ
Bármely nemelfajult valós másodrendű görbének létezik paraméteres alakja. A technika,
mellyel az implicit alakból a paraméteres formát megkapjuk, azon a tényen alapszik, hogy ha egy
egyenes elmetsz egy ilyen görbét egy pontban, akkor egy másik pontban is metszeni fogja. Az euklideszi
síkon ez alól két kivétel van: a parabolát a tengelyével párhuzamos egyenesek, illetve a
hiperbolát az aszimptotáival párhuzamos egyenesek egy pontban metszik, de a projektív
síkon a görbék végtelen távoli pontjai miatt ezek az egyenesek is két pontban metszik
a görbét. Ha kiválasztunk tehát a másodrendű görbén egy pontot és ezen
keresztül egy egyenessereget fektetünk, akkor ezen egyenessereg minden eleme a görbe egy másik
pontján is áthalad. Ha az egyenessereg elemei egy
paramétertől függenek, ezt a
paramétert a
-n kívüli metszésponthoz hozzárendelve máris megkaptuk a görbe
paraméterezését.
Kövessük végig az elvet egy egyszerű példán. Az origó középpontú, 1 sugarú kör implicit alakja
Válasszuk ki ennek a körnek a koordinátájú pontját. Az
alakú egyenesek közül azok, melyek illeszkednek
-re, speciálisan
alakúak. A
-n átmenő egyenessereg egyenlete tehát
alakú (lásd a 3.2. ábrát).
Ezen egyenesek a kört a
-n kívül még egy
pontban is metszik, mely pont természetesen függ a
paramétertől. A metszéspont koordinátái
könnyen kiszámíthatóak, ha az egyenes egyenletét behelyettesítjük a kör egyenletébe:
amiből
ahonnan az gyök az eredeti
pontot adja, a másik gyök, illetve annak
visszahelyettesítésével kapott
érték viszont a
pont
(
-től függő) koordinátáit eredményezi:
Mivel
az egyenes változásával a pont befutja a kört, a fenti
egyenletrendszer megadja a kör affin paraméteres alakját (egész pontosan a
pontot magát csak
paraméterértéknél érnénk el, de erről a problémáról korábban már
ejtettünk szót).
Teljesen hasonló technikával bármely nemelfajult valós másodrendű görbe parametrizálható. Az alábbi táblázatban megadjuk ezen görbék paraméteres alakját.
Mivel az euklideszi síkon bármely nemelfajult valós másodrendű görbe koordináta-transzformációval ezen implicit (úgynevezett kanonikus) alakok valamelyikére hozható, a táblázat segítségével úgy is parametrizálhatunk egy görbét, hogy az említett transzformációval a fenti alakra hozzuk, majd a paraméteres alakra elvégezzük ezen transzformáció inverzét. Nem ez azonban az egyetlen lehetséges megoldás, a másodrendű görbéket a műszaki életben például a fentiektől eltérő paraméterezéssel is szokták használni.
Megjegyezzük, hogy a fent bemutatott technikával paraméteres alakra hozhatunk általában
minden olyan -edrendű görbét is, melynek tudunk találni
-szeres pontját
(ezeknek a neve monoid). Ezen ponton átmenő egyenesek ugyanis a görbét rendre egyetlen más
pontban metszik, tehát a paraméterezés elvégezhető (ilyen pl. az 3.3. ábrán látható
harmadrendű görbe, melynek létezik egy kettős pontja).
Az síkgörbék metszetének kiszámításánál az ideális eset az, ha az egyik implicit, a másik paraméteres alakban adott. Egyéb esetekben erre az alapesetre vezethetjük vissza a problémát.
Tekintsünk két síkgörbét, egy implicit és egy paraméteres formában megadottat:
Behelyettesítve a görbe koordinátaegyenleteit
implicit alakjába, az
egyenletet kapjuk, melynek fokszáma a két görbe rendjének szorzata, gyökei pedig a görbe
paramétertartományában megadják a közös pontokhoz tartozó
paraméterértékeket.
Ezeket a
definiáló egyenleteibe behelyettesítve megkapjuk a metszéspontok
koordinátáit.