Opere matematiche di Luigi Cremona/Introduzione ad una teoria geometrica delle curve piane/Curve generate dalle polari, quando il polo si muova con legge data

Art. 17. Curve generate dalle polari, quando il polo si muova con legge data

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Art. 17. Curve generate dalle polari, quando il polo si muova con legge data
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Art. XVII.

Curve generate dalle polari, quando il polo si muova con legge data.

103. Se un punto, considerato come polo rispetto alla curva fondamentale , percorre un’altra curva data d’ordine , la retta polare inviluppa una curva , la quale abbiamo già trovato (81) essere della classe . Le tangenti che da un punto qualunque si possono condurre a sono le rette polari degli punti, ne’ quali è intersecata dalla prima polare di .

(a) Se è tal punto che la sua prima polare sia tangente a , due rette polari passanti per sono coincidenti, cioè è un punto della curva (30); questa è dunque il luogo geometrico de’ poli le cui prime polari toccano . Questa proprietà ci mette in grado di trovare l’ordine di , cioè il numero de’ punti in cui è incontrata da una retta arbitraria . Le prime polari de’ punti di formano un fascio (77); onde, supposto che abbia punti doppi, e cuspidi, vi saranno punti in , le cui prime polari sono tangenti a (87, c). Dunque è dell’ordine {cioè , ove è la classe di }1.

È poi evidente che le tangenti stazionarie di sono le rette polari de’ punti stazionari di ; donde segue che ha flessi.

Conoscendo così la classe, l’ordine ed il numero de’ flessi della curva , mediante le formule di Plücker (99, 100) troveremo che essa ha inoltre:

punti doppi,
cuspidi e tangenti doppie.

(b) È manifesto che ogni punto doppio di è il polo di una prima polare tangente a in due punti distinti; che ogni cuspide di è il polo di una prima polare avente con un contatto tripunto; e che ogni tangente doppia di è una retta avente o due poli distinti sulla curva , o due poli riuniti in un punto doppio di questa curva.

Siccome le proprietà del sistema delle prime polari (relative a ) valgono per una rete qualsivoglia di curve2, così da quanto precede si raccoglie:

1.º Il numero delle curve d’una rete d’ordine , le quali abbiano doppio contatto con una data linea d’ordine , fornita di punti doppi e cuspidi, è

.

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2.º Il numero delle curve della stessa rete aventi coll’anzidetta linea d’ordine un contatto tripunto è 3.

(c) Ogni punto della curva è polo di una prima polare tangente a ; onde, considerando le intersezioni delle curve e , si ha:

In una curva dell’ordine , dotata di punti doppi e di cuspidi, vi sono punti, le cui prime polari relative alla curva fondamentale toccano la medesima .

Di qui per si ricava:

In una retta qualunque vi sono punti, le cui prime polari relative alla curva fondamentale toccano la retta medesima.

Se la retta è tangente a , nel contatto coincidono due di quei poli. Dunque in una retta tangente a esistono punti, ciascun de’ quali è polo di una prima polare tangente in altro punto alla retta medesima.

(d) Se nella ricerca superiore, la curva si confonde con , la linea si compone evidentemente della medesima e delle sue tangenti stazionarie, perchè ogni punto di quella e di queste è polo di una prima polare tangente alla curva fondamentale (71, 80). In tal caso, i punti doppi di sono le intersezioni delle tangenti stazionarie fra loro e colla curva ; le cuspidi di sono rappresentate dai flessi di , ciascuno contato due volte; e le tangenti doppie di sono le stazionarie e le doppie di .

I punti doppi di sono (b) i poli d’altrettante prime polari doppiamente tangenti alla curva fondamentale. Ed invero: se è un punto comune a due tangenti stazionarie di questa, la prima polare di tocca ne’ due flessi corrispondenti (80); e se è un punto di segamento di con una sua tangente stazionaria, la prima polare di tocca in (71) e nel punto di contatto di questa tangente (80). Sonvi adunque prime polari doppiamente tangenti a , i cui poli giacciono in medesima; e vi sono altre prime polari pur doppiamente tangenti, i cui poli sono fuori di .

(e) La curva , inviluppo delle polari me de’punti di , si chiamerà l’ma polare di 4.

Facendo , troviamo che l’ma polare di una retta , cioè l’inviluppo delle rette polari de’ punti di , od anche il luogo de’ poli delle prime polari tangenti [p. 408 modifica]ad , è una curva della classe e dell’ordine , con cuspidi, punti doppi ed tangenti doppie; cioè:

Vi sono prime polari, per le quali una data retta è una tangente stazionaria; prime polari, per le quali è una tangente doppia; ed inoltre rette, ciascuna delle quali ha due poli in .

(f) Se l’ma polare della retta passa per un dato punto , questo è il polo di una prima polare tangente ad (e); talchè se l’ma polare varia girando intorno al punto fisso , la retta invilupperà la prima polare di . Così abbiamo due definizioni della prima polare di un punto:

La prima polare di un punto è il luogo de’ poli le cui me polari s’incrociano in , ed è anche l’inviluppo delle rette le cui me polari passano per .

104. Supposto che un polo percorra una data curva d’ordine , avente punti doppi e cuspidi, di qual indice è la serie (34) generata dalla polare ma di rispetto alla linea fondamentale , e quale ne sarà l’inviluppo?

(a) Se la polare ma di passa per un punto , il polo sarà nella polare ma di (69, a), cioè sarà una delle intersezioni di questa polare colla proposta curva . Dunque per passano polari me di punti situati in , cioè le polari me de’ punti di formano una serie d’indice .

(b) Se l’ma polare di tocca in un punto , avremo in due me polari coincidenti, ossia sarà un punto della linea inviluppata dalle curve della serie anzidetta. Dunque:

L’inviluppo delle polari me de’ punti di una curva è anche il luogo de’ poli delle polari me tangenti a .

(c) Quale è l’ordine di questo luogo? Ovvero, quanti punti vi sono in una retta arbitraria , le polari me de’ quali tocchino ? Le polari me de’ punti di una retta formano (a) una serie d’ordine e d’indice ; epperò (87, c) ve ne sono che toccano . Donde segue che:

L’inviluppo delle polari me de’ punti di una curva d’ordine , dotata di punti doppi e cuspidi, è una linea dell’ordine .

Questa linea si denominerà polare ma della data curva rispetto alla curva fondamentale 5.

(d) Fatto ed indicata con la classe di , cioè posto (99), si ha: [p. 409 modifica]

La prima polare di una curva della classe , cioè il luogo dei poli delle rette tangenti di questa, è una linea dell’ordine .

Questa linea passa pei punti ove la curva fondamentale è toccata dalle tangenti comuni ad essa ed alla curva della classe .

Se , ricadiamo nella definizione della prima polare di un punto (103, f).

(e) Posto , troviamo che la polare ma di una retta è una linea dell’ordine . Quindi la prima polare di una retta è dell’ordine zero; infatti essa è costituita dagli poli della retta data (77).

Per , si ricade in un risultato già ottenuto (103, e).

(f) L’ordine della linea polare ma di una retta si può determinare direttamente come segue. A tal uopo consideriamo quella linea come luogo de’ punti comuni a due curve successive della serie d’indice e d’ordine , formata dalle polari me de’ punti di (34).

Se è un punto qualunque di , le polari me passanti per hanno i loro rispettivi poli nella polare ma di , la quale sega in punti . Se invece assumiamo ad arbitrio un punto , la sua polare ma sega in punti ; talchè, riferiti i punti ad una stessa origine , fra i segmenti avrà luogo un’equazione del grado in e del grado in . Il punto apparterrebbe alla linea cercata, se due delle polari me passanti per esso fossero coincidenti. Ma la condizione perchè l’equazione anzidetta dia due valori eguali per è del grado rispetto ai coefficienti della medesima, e per conseguenza del grado rispetto ad . Sono adunque i punti comuni al luogo richiesto ed alla retta ; ossia l’inviluppo delle polari me de’ punti di una retta data è una linea dell’ordine .

Le stesse considerazioni si possono applicare, in molti casi, alla ricerca dell’ordine della linea che inviluppa le curve d’una data serie. Per esempio, se la serie è d’indice e d’ordine , e se si può assegnare una punteggiata projettiva alla serie (cioè se fra le curve della serie e i punti di una retta si può stabilire tale corrispondenza che ad ogni punto della retta corrisponda una curva della serie, e viceversa), l’inviluppo sarà dell’ordine . Di qui per si ricava:

Se una curva della classe è tale che si possa assegnare una punteggiata projettiva alla serie delle sue tangenti, l’ordine della curva è solamente .

(g) Se la polare ma di una retta passa per un dato punto , questo è (b) il polo di una polare ma tangente a quella retta. Dunque:

La polare ma di un punto , ossia il luogo de’ punti le cui me polari passano per , è anche l’inviluppo delle rette le polari me delle quali contengono il punto .

Così le polari de’ punti e delle linee sono definite in doppio modo, e come luoghi [p. 410 modifica]e come inviluppi. Egli è appunto in questa doppia definizione che sembra risiedere il segreto della grande fecondità della teoria delle curve polari.

(h) La polare ma di una curva tocchi un’altra curva nel punto . In quella polare toccherà la polare ma di un punto di ; e viceversa (b) in la curva sarà toccata dalla polare ma di . Ma la polare ma di tocca in anche ; dunque la polare ma di toccherà in la polare ma di ; ossia:

Se la polare ma di una curva tocca un’altra curva , reciprocamente la polare ma di tocca .

(k) Una retta sia l’ma polare di un punto rispetto all’ma polare di un altro punto ovvero, ciò che è la medesima cosa (69, c), la polare ma di rispetto alla polare ma di . Se varia ed inviluppa una curva qualunque , restando fisso il punto , il luogo del punto sarà (d) la prima polare di rispetto all’ma polare di . Se invece resta fisso il punto , mentre inviluppa la curva , il luogo di sarà la prima polare di rispetto all’ma polare di . Dunque:

Se la prima polare di una curva rispetto all’ma polare di un punto passa per un altro punto , la prima polare di rispetto all’ma polare di passerà per ; e viceversa.

105. L’ma polare di una curva d’ordine è (81) una linea della classe . Reciprocamente, la prima polare di sarà (104, d) una linea dell’ordine . Questa linea comprende in sè la data curva , perchè è non solo l’inviluppo delle rette polari dei punti di , ma anche il luogo de’ poli delle prime polari tangenti a (103, a). Dunque, allorchè un punto percorre la curva , gli altri poli della retta polare di descriveranno una linea dell’ordine .

A questo risultato si arriva anche cercando la soluzione del problema: quando un punto percorre una data linea, quale è il luogo degli altri poli della retta polare di ?

Supposto dapprima che la data linea sia una retta , cerchiamo in quanti punti essa seghi il luogo richiesto. Siccome (103, e) vi sono rette, ciascuna delle quali ha due poli in , così gli poli di tali rette sono altrettanti punti del luogo. Inoltre ricordiamo (90, b) che in ogni punto dell’Hessiana coincidono due poli d’una medesima retta, talchè le intersezioni dell’Hessiana con sono comuni al luogo di cui si tratta. Questo luogo ha dunque punti comuni con , vale a dire, esso è dell’ordine .

Se invece è data una linea dell’ordine , assunta un’arbitraria retta , cerchiamo quante volte avvenga che una stessa retta abbia un polo in ed un altro in . I poli congiunti ai punti di sono, come or si è dimostrato, in una linea dell’ordine [p. 411 modifica], la quale sega in punti. Dunque vi sono punti in , ciascun de’ quali ha un polo congiunto in ; ossia:

Se un polo descrive una curva d’ordine , il luogo degli altri poli congiunti è una linea dell’ordine .6

106. Imaginiamo un polo che si muova percorrendo una data curva d’ordine ; quale sarà il luogo delle intersezioni della prima colla seconda polare del polo mobile, rispetto alla curva fondamentale ? Assunta una retta arbitraria , se per un punto di essa passa una prima polare, il polo giace nella retta polare di ; questa retta sega in punti, le seconde polari dei quali incontreranno in punti . Se invece si assume ad arbitrio in un punto pel quale debba passare una seconda polare, il polo sarà nella conica polare di , che taglia in punti; le prime polari di questi determinano in punti . Così vediamo che ad ogni punto corrispondono punti , mentre ad ogni punto corrispondono punti ; talchè (83) vi saranno (in ) punti , ciascun de’ quali coincida con uno de’ corrispondenti ; cioè il luogo richiesto è una curva dell’ordine . Evidentemente questa curva tocca negli punti comuni a e perchè in ciascuno di questi punti le polari prima e seconda si toccano fra loro e toccano (71).

Inoltre, siccome per un flesso della curva fondamentale passa la prima e la seconda polare di ogni punto della relativa tangente stazionaria (80), così la curva passerà pel flesso di tante volte quanti sono i punti comuni a ed alla tangente stazionaria. Dunque la curva passa volte per ciascuno dei flessi di 7.

(a) Se coincide con , la linea contiene manifestamente due volte la curva fondamentale; prescindendo da questa, rimarrà una curva dell’ordine , per la quale i flessi di sono punti pli. Dunque, se un polo percorre la curva fondamentale, gli punti in cui si segano le polari prima e seconda generano una linea dell’ordine , avente branche passanti per ciascun flesso di , una delle quali ha ivi con un contatto tripunto. Il che riesce evidente, considerando che ogni tangente stazionaria della curva fondamentale ha con questa punti comuni, cioè il flesso ed intersezioni semplici.

(b) Analogamente si dimostra che, se il polo percorre la curva , le intersezioni delle polari ma ed ma descrivono una linea dell’ordine , la quale tocca la curva fondamentale ne’ punti comuni a questa ed a . È da notarsi che il numero non cambia sostituendo , ad , .

Note

  1. [p. 504 modifica]Qui l’A. continua, in margine ad (A) (cfr. la nota seguente):
    Ne segue che il numero delle curve di una rete d’ordine , che toccano due curve i cui ordini siano , e le classi , è

    .

  2. [p. 504 modifica]In margine a queste due righe, l’Autore ha scritto a matita: no. [p. 505 modifica]Certamente l’asserzione contenuta nel testo è eccessiva, poichè una rete qualsivoglia di curve non è in generale un sistema di prime polari. Ma finchè si tratta di problemi numerativi, determinati, su reti di curve, la sostituzione di queste con reti di prime polari si può riguardare come un’applicazione del principio della conservazione del numero. Essa è fatta, non solo qui in (103b), ma anche nel seguito, come nei n. 119, 120, 121. — Cfr. la giustificazione, che poi ne è data al n. 17 della Memoria 53.
  3. Bischoff, l. c. p. 174-176.
  4. Occorre quindi nel seguito distinguere bene fra polare di un punto e polare di una curva.     [Einleitung]
  5. Steiner, l. c. p. 2-3. — V. anche la nota **) alla pag. precedente.
  6. [p. 505 modifica]{I punti comuni alle due curve d’ordine ed sono le intersezioni della prima curva coll’Hessiana [di ], ed i punti [le coppie di punti distinti] di quella stessa prima curva che sono poli delle tangenti doppie della curva (103).}
  7. Clebsch, Ueber eine Classe von Eliminationspröblemen und über einige Punkte der Theorie der Polaren (Giornale Crelle-Borchardt, t. 58, Berlino 1861, p. 279).