N维漂洛界的定义和参数方程
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说明
不式一般性,本文对图形分量的指代局限于第一象限。
所谓的“面积”意思是在 N N N维一次型中超平面在第一象限的图形的 N − 1 N-1 N−1维体积
曹在课题组中给出的不变量法属纯几何方法,不易说明这种证法在一般一次型的推广,本文执笔的能力水平只能理解到三维,所以在本文只是给出二维证明。三微情况的完整推导过程,详见《集合微扰法》的附录一。
定义
在 N N N维直角坐标系空间中:
所有面积相等的平面的分布边界构成漂洛界 D D D(其中每一个点不包含值为 0 0 0的坐标)。
一个点 P P P是 超平面 A A A的临点,如果这个 A A A的面积(下文简记为 ( A ) (A) (A))关于 P P P的微扰是不变量。
执笔:MonCera
理论指导:曹璟鑫,陶哲轩
简单情形
在二维情况的两个基本问题
知定点坐标,求过墙角定点的最短直线段?
长度为定值的墙角滑杆,求轨迹?
过原点引出一条直线,注意到这个和直线的交点的各个坐标和对应长度是正相关的。
答案就不说了,网上讲这个问题的文章一大把。这里只是讲讲方法。
二维情况的微分几何证明
微调倾斜角,两式作差得到的交点就是临点。
二维情况的不变量法证明
微调滑杆,两滑杆作差为0得到决定临点分布的比例系数的方程。
二维情况的旋心法证明
相当于是认为杆在绕一点旋转,把这个旋心分析出来问题就解决了。
一般情况
在N维的两个基本问题
知定点确定的超平面系 [ A ] [A] [A]求 ( A ) (A) (A)的最小值?
面积 ( A ) (A) (A)为定值,求 D D D的方程?
用拉格朗日乘数法得到临点
临点 P ( x 1 , x 2 , . . . , x N ) P(x_1,x_2,...,x_N) P(x1,x2,...,xN)与 A A A一一对应,临点的位置与 [ A ] [A] [A]的分布区域一一对应。
记
λ = ∑ 1 N a − 2 , μ = N 2 ∏ 1 N a 2 \lambda=\sum_{1}^{N}a^{-2}, \mu=N^2\prod_{1}^{N}a^{2} λ=∑1Na−2,μ=N2∏1Na2
以截距为变量,构造约束方程(临点)和目标变量(面积),尝试得到临点(A的截距的值为不变量时的点)。
g = A = ∑ 1 N x a − 1 = 0 , h = ( ( A ) ) 2 = λ μ g=A= \sum_1^N\frac{x}{a}-1=0,h=((A))^2=\lambda\mu g=A=∑1Nax−1=0,h=((A))2=λμ
核心工作是求导。
h a i = − s g a i h_{a_i}= -sg_{a_i} hai=−sgai
λ μ a i + λ a i μ = s x a i 1 a i 2 \lambda\mu_{a_i}+\lambda_{a_i}\mu= sx_{a_i}\frac{1}{a_i^2} λμai+λaiμ=sxaiai21
λ μ a i − 1 a i 3 μ = s x a i 1 a i 2 \lambda\frac{\mu}{a_i}-\frac{1}{a_i^3}\mu= sx_{a_i}\frac{1}{a_i^2} λaiμ−ai31μ=sxaiai21
μ ( λ − 1 a i 2 ) = s x i a i \mu(\lambda\ -\frac{1}{a_i^2})= s\frac{x_i}{a_i} μ(λ −ai21)=saixi
注意到与g相似的结构 x 1 a 1 \frac{x^1}{a^1} a1x1,将(1)的左右边相加N次得到s:
s = h ( N − 1 ) s=h(N-1) s=h(N−1)
于是得到 D D D:
x i = a i μ ( λ − 1 a i 2 ) ( ( A ) ) 2 x_i = \frac{a_i\mu(\lambda-\frac{1}{a_i^2})}{((A))^2} xi=((A))2aiμ(λ−ai21)