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2次曲線:無心の場合の標準化の例

例1) x22xy+y2 +4x+4y8 =0 はどのような2次曲線を表すか調べよ.

【解答】

2次曲線の標準化に従って,与式

u(x,y)= x22xy+y2 +4x+4y8=0     ······ 

の係数より

a=1,b=1, c=1,d=2, e=2,f=8     ······ 

であり,これらを成分とする2つの対称行列

A= ( 11 11 )     ······ 

A˜= ( 112 112 228 )     ······ 

を考える.判別式

Δ=|A| =11 (1)2 =0     ······ 

および,

Δ˜ =|A˜| = { 11 (1)2 }(8) { 12 (1)2 }2 { 12 (1)2 }2

Δ˜ =088 =16     ······ 

より,この2次曲線は無心で退化しない.また,行列 A 固有値 λ1=0 , λ2=a+c =2 であり,

( x0 y0 ) =1λ2 ( de ) =12 ( 22 ) = ( 11 )     ······ 

より,

u(x0,y0) = (1)2 2(1)(1) +(1)2 +4(1) +4(1) 8
u(x0,y0) =16     ······ 

である.さらに,

g= aebd a2+b2 = 12(1)2 12+12 = 42 =22     ······ 

であり,2次曲線の標準化の【定理 2】より,与式の2次曲線は適当な座標変換 (x,y)(X,Y)

2Y242X 16=0       Y2= 22 (X+22)     ······ 

と変換できる.これは,頂点 (22,0) 放物線を表す.

行列 A の固有値 λ1=0 , λ2=2 に対応する(大きさ 1 の)固有ベクトル p1 , p2

( 101 110 ) p1 = ( 11 11 ) p1 =0       p1 =±12 ( 11 )

( 121 112 ) p2 = ( 11 11 ) p2 =0       p2 =±12 ( 11 )

と求まる.よって, A の対角化を与える(回転変換に対応させた)直交行列を

P= ( p1 p2 ) = 12 ( 11 11 ) = ( cos45°sin45° sin45°cos45° )

と書けるので, (X,Y)(x,y) の変換は

( x y ) = P ( X Y ) + ( x0 y0 ) = ( cos45°sin45° sin45°cos45° ) ( X Y ) + ( 11 )

と表せる.以上のことから,与式の2次曲線は,式の放物線を,原点を中心に 45° 回転させた後,その原点を (1,1) まで平行移動させたものである.

放物線の回転と平行移動
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最終更新日:2025年10月31日

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