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《自然哲学的数学原理》引理 XXII
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2022.12.25 广东

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把图形变为同一种类的其他图形。

设要变换的是任意图形HGI。随意引两条平行线AO,BL,截第三条位置给定的任意直线AB于A和B,且由图形的任意一点G,往直线AB引任意的GD,它与OA平行。然后由另一点O,它在直线OA上被给定,往点D引直线OD,它交直线BL于d,并由交点以与直线BL包含任意给定的角竖立直线dg,且它具有与Od之比如同DG比OD具有之比;则点g为点G在新图形hgi中对应的点。由同样的方式,原图形中的每个点给出新图形中同样数目的点。所以,设想点G持续运动走遍原图形中的所有点,则点g以类似的持续运动走遍新图形中的所有点并画出同一图形。为了便于区分,我们称DG为原纵标线,dg为新纵标线;AD为原横标线,ad为新横标线;O为极,OD为交截半径,OA为原纵半径,且Oa(由被补足的平行四边形OABa)为新纵半径。

现在,我说,如果点G位于位置给定的一条直线上,点g也位于位置给定的一条直线上。如果点G位于一条圆锥截线上,点g也位于一条圆锥截线上。这里我把圆算在圆锥截线中。而且如果点G位于一条三次分析阶(ordo analyticus)的[曲]线上,则点g位于三阶的[曲]线上;同样对更高阶的曲线亦是如此。点G,g位于的两曲线的分析阶总相同。因为ad比OA如同Od比OD,dg比DG,以及AB比AD;且因此AD等于(OA×AB)/(ad),且DG等于(OA×dg)/(ad)。现在如果点G位于一直线上,因此在任意的方程中,它具有横标

线AD和纵标线DG之间的关系,那些未定元AD和DG只升至一次,在此方程中AD用(OA×AB)/(ad)代替,且DG用(OA×dg)/(ad)代替,产生一新方程,在其中新横标线ad和新纵标线dg只升至一次。因此必定表示一条直线。否则AD和DG,或者其中之一,在第一个方程中升至二次,ad和dg在第二个方程中类似地升至二次。对三次或更高的次亦如此。在第二个方程中的未定元ad,dg与在第一个方程中的AD,DG总上升到同样的次数,所以点G,g[分别]位于的线,有相同的分析阶。

除此之外,我说如果某一直线在原图形中与一曲线相切;这条直线按照与曲线相同的方式被变换到新图形中,则在新图形中直线与那条曲线相切;且反之亦然。因如果在原图形中曲线上的任意两点相互靠近并重合,在新图形中被变换过的点也相互靠近并重合;因此连接这些点的直线在两个图形中同时成为曲线的切线。

本来我可以给出这些断言的更切近几何方式的证明。但是我力图简约。

所以,如果一个直线图形向另一个图形变换,只需变换构成图形的相交部分,再在新图形中经被变换过的相交部分引直线即可。但是如果应变换曲线,必须变换那些有能力定义曲线的点、切线和其他直线。而且,通过把目标图形变化为更简单的图形,这个引理可用于困难问题的求解中。因此汇聚直线变换为平行直线,用原纵半径代替任意过汇聚点的直线,因此那个交点由于这种约定而跑至无穷;直线无处相交而平行。在新图形中问题被解出之后,如果由逆运算变换这个图形为原图形,可得所需的解。

这个引理亦可用于求解立体问题。每当遇到两个圆锥截线,问题可由它们的交点求解,随意变换它们中的任一个,如果它是双曲线或者抛物线,变为椭圆,然后易于由椭圆变为圆。在平面作图问题中,直线和圆锥截线同样可转变为直线和圆。(英.牛顿)

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