Формула Плюккера
Формула Плюккера — одна из семейства формул, выведенных немецким математиком и физиком Плюккером в 1830-х годах. Формулы связывают некоторые инварианты алгебраических кривых и инварианты дуальных им кривых. Инвариант, называемый родом и являющийся общим как для кривой, так и для дуальной ей кривой, связан с другими инвариантами похожими формулами. Эти формулы и тот факт, что каждый из этих инвариантов должен быть положительным целым числом, накладывают строгие ограничения на возможные значения инвариантов.
Инварианты Плюккера и базовые уравнения
Кривая в этом контексте задаётся невырожденным алгебраическим уравнением в комплексной проективной плоскости. Прямые в этой плоскости соответствуют точкам дуальной проективной плоскости, а прямые, касательные к данной алгебраической кривой C, соответствуют точкам на алгебраической кривой C*, называемой дуальной кривой. Точки же кривой C соответствуют прямым, касательным к C*, так что дуальной кривой для C* будет C.
Первые два инварианта, участвующие в формулах Плюккера — это степень d кривой C и степень d*, называемая классом кривой C. Геометрически d — это число точек пересечения произвольной прямой и C, включая комплексные точки и бесконечно удалённые точки с учётом кратности. Класс d* — это число касательных к C, проходящих через произвольную точку плоскости. Например, коническое сечение имеет и степень, и класс 2. Если у кривой C нет особых точек, первая формула Плюккера утверждает, что
но для кривых с особыми точками формулу нужно подправить.
Пусть δ — число обыкновенных двойных точек кривой C, то есть имеющих различные касательные (такие точки называются точками самопересечения) или изолированных, а κ — число каспов, то есть точек, имеющих единственную касательную. Если кривая C имеет особенности более высокой степени, то они рассматриваются как несколько особых точек, согласно анализу природы особенности. Например, обыкновенная тройная точка считается как три двойных точки. Опять же, мнимые точки и точки на бесконечности также учитываются. Уточнённая форма первого равенства Плюккера имеет вид
Подобным образом, пусть δ* — число обыкновенных двойных точек, а κ* — число каспов кривой C*. Вторая формула Плюккера утверждает, что
Геометрически обыкновенная двойная точка кривой C* — прямая, касающаяся кривой в двух точках (бикасательная), а касп кривой C* — точка перегиба.
Первые два уравнения Плюккера имеют двойственные версии:
Эти четыре равенства, фактически, не являются независимыми, так что любые три могут быть использованы для вывода четвёртого. Если заданы любые три из шести инвариантов d, d*, δ, δ*, κ и κ*, то остальные три можно по ним вычислить.
Наконец, геометрический род кривой C можно определить по формуле
Это равенство эквивалентно двойственному
- .
Всего мы имеем четыре независимых уравнения с семью неизвестными, и при задании трёх неизвестных остальные четыре могут быть вычислены.
Кривые без особых точек
Важный частный случай — когда кривая C не имеет особых точек, то есть δ и κ равны 0, так что оставшиеся инварианты можно вычислить в терминах исключительно d:
Так, например, плоская квартика без особых точек имеет род 3, имеет 28 бикасательных и 24 точки перегиба.
Типы кривых
Кривые классифицируются по типам согласно их инвариантам Плюккера. Уравнения Плюккера вместе с тем ограничением, что инварианты должны быть натуральными числами, сильно ограничивают число возможных типов кривых заданной степени. Проективно эквивалентные кривые должны иметь тот же тип, но кривые одного и того же типа, вообще говоря, не эквивалентны проективно. Кривые степени 2 — конические сечения — имеют единственный тип, задаваемый равенствами d=d*=2, δ=δ*=κ=κ*=g=0.
Для кривых степени 3 возможны три типа с инвариантами[1]
Тип | d | d* | δ | δ* | κ | κ* | g |
---|---|---|---|---|---|---|---|
(i) | 3 | 6 | 0 | 0 | 0 | 9 | 1 |
(ii) | 3 | 4 | 1 | 0 | 0 | 3 | 0 |
(iii) | 3 | 3 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
Кривые типов (ii) и (iii) — это рациональные кубические кривые, с обыкновенной двойной точкой и каспом соответственно. Кривые типа (i) не имеют особых точек (эллиптические кривые).
Для кривых степени 4 существует 10 возможных типов с инвариантами[2]
Тип | d | d* | δ | δ* | κ | κ* | g |
---|---|---|---|---|---|---|---|
(i) | 4 | 12 | 0 | 28 | 0 | 24 | 3 |
(ii) | 4 | 10 | 1 | 16 | 0 | 18 | 2 |
(iii) | 4 | 9 | 0 | 10 | 1 | 16 | 2 |
(iv) | 4 | 8 | 2 | 8 | 0 | 12 | 1 |
(v) | 4 | 7 | 1 | 4 | 1 | 10 | 1 |
(vi) | 4 | 6 | 0 | 1 | 2 | 8 | 1 |
(vii) | 4 | 6 | 3 | 4 | 0 | 6 | 0 |
(viii) | 4 | 5 | 2 | 2 | 1 | 4 | 0 |
(ix) | 4 | 4 | 1 | 1 | 2 | 2 | 0 |
(x) | 4 | 3 | 0 | 1 | 3 | 0 | 0 |
Примечания
- Harold Hilton. Plane Algebraic Curves. — Oxford, 1920. — P. 201.
- Hilton, p. 264
Ссылки
- Гриффитс Ф., Харрис Дж. Принципы алгебраической геометрии. — 1982. — Т. 1-2, пер. с англ..
- Клейман С.Л. Успехи матем. Наук. — 1980. — Т. 35, вып. 6. — С. 69-148.
- Савелов А.А. Плоские кривые. Систематика, свойства, применения. — Москва: Государственное издательство физико-математической литературы, 1960.
- Salmon, George. A Treatise on the Higher Plane Curves, 1879, pp. 64ff.