圓錐曲線的產(chǎn)生與發(fā)展

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中數(shù)學(xué) 來(lái)源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

  希臘著名學(xué)者梅內(nèi)克繆斯(公元前4世紀(jì))企圖解決當(dāng)時(shí)的著名難題“倍立方問(wèn)題”(即用直尺和圓規(guī)把立方體體積擴(kuò)大一倍)。他把直角三角形ABC的直角A的平分線AO作為軸。旋轉(zhuǎn)三角形ABC一周,得到曲面ABECE',如圖1。用垂直于AC的平面去截此曲面,可得到曲線EDE',梅內(nèi)克繆斯稱(chēng)之為“直角圓錐曲線”。他想以此在理論上解決“倍立方問(wèn)題!蔽传@成功。而后,便撤開(kāi)“倍立方問(wèn)題”,把圓錐曲線做為專(zhuān)有概念進(jìn)行研究:若以直角三角形ABC中的長(zhǎng)直角邊AC為軸旋轉(zhuǎn)三角形ABC一周,得到曲面CB'EBE',如圖2。用垂直于BC的平面去截此曲面,其切口為一曲線,稱(chēng)之為“銳角圓錐曲線”;若以直角三角形ABC中的短直角邊AB為軸旋轉(zhuǎn)三角形ABC一周,可得到曲面BC'ECE'。如圖3。用垂直于BV的平面去截此曲面,其切口曲線EDE'稱(chēng)為“鈍角圓錐曲線”。當(dāng)時(shí),希臘人對(duì)平面曲線還缺乏認(rèn)識(shí),上述三種曲線須以“圓錐曲面為媒介得到,因此,被稱(chēng)為圓錐曲線的“雛形”。

   

  圖1

  圖2

  圖3

 

  經(jīng)過(guò)了約二百年的時(shí)間,圓錐曲線的研究取得重大突破的是希臘的兩位著名數(shù)學(xué)家?jiàn)W波羅尼奧斯(公元前三世紀(jì)后半葉)和歐幾里得(公元前300-前275)奧波羅尼奧斯在他的著作《圓錐曲線論》中,系統(tǒng)地闡述了圓錐曲面的定義,利用圓錐曲面生成圓錐曲線的方法與構(gòu)成,而且還對(duì)圓錐曲線的性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究,他發(fā)現(xiàn):(1)橢圓,雙曲線任一點(diǎn)M處的切線與、(、為兩定點(diǎn),后人稱(chēng)之為焦點(diǎn))的夾角相等;(2)對(duì)于橢圓,(為常數(shù),且大于)。(3)對(duì)于雙曲線,(為常數(shù),且小于)。但是,阿波羅尼奧斯對(duì)拋物線沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這類(lèi)性質(zhì)。歐幾里得在他的巨著《幾何原本》里描述了圓錐曲線的共性 高中語(yǔ)文,并給出了圓錐曲線的統(tǒng)一定義,即:平面內(nèi)一點(diǎn)F和一定直線AB,從平面內(nèi)的動(dòng)點(diǎn)M向AB引垂線,垂足為C,若|MF|:|MC|的值一定,則動(dòng)點(diǎn)M的軌跡為圓錐曲線。只可惜對(duì)這一定理歐幾里得沒(méi)有給出證明。

  又經(jīng)過(guò)了500年,到了3世紀(jì),希臘數(shù)學(xué)家帕普斯在他的著作《匯篇》中,才完善了歐幾里得的關(guān)于圓錐曲線的統(tǒng)一定義,并對(duì)這一定理進(jìn)行了證明。他指出,平面內(nèi)一定點(diǎn)F和一定直線AB,從平面內(nèi)的動(dòng)點(diǎn)M向AB引垂線,垂足為C,若|MF|:|MC|的值一定,則當(dāng)|MF|:|MC|的比值小于1時(shí),動(dòng)點(diǎn)M的軌跡是橢圓,等于1時(shí)是拋物線,大于1時(shí)是雙曲線。至此,圓錐曲線的定義和性質(zhì)才比較完整地建立起來(lái)了。

   

   選自《中學(xué)生數(shù)學(xué)》2000年8月上


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