R ENDICONTI
del
S EMINARIO M ATEMATICO
della
U NIVERSITÀ DI P ADOVA
M ARIO B ALDASSARRI
Sulle caratteristiche per le condizioni doppie e triple delle coniche
Rendiconti del Seminario Matematico della Università di Padova, tome 18 (1949), p. 54-67
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PER LE CONDIZIONI DOPPIE
ETRIPLE DELLE CONICHE
(*)
di MARIO BALDASSARRI (a(1).
. Il S~YER~ nella Memoria: « I fondainenti della
geometria
numerativa »
(1),
hacompiuta,
inapplicazione
edesplicazione
dei metodi
generali esposti,
una delicata edorganica
analisi delle caratteristiche delle conichecomplete.
Essendomi
proposto
difornire,
ruediaute talirisultati,
unarisoluzione sistematica dei vari
problemi
di contatto di conicherispetto
una curvaalgebrica (3),
mi sono incontrato con alcune difficoltà nel caso delle condizionidoppie
etriple,
che richiede-vano evidentemente un
approfondimento
dellò studio dellerispet-
tive caratteristiche. A
questo
è dedicato ilpresente
lavoro chepartendo
da nn esame nnmerativo di alcunevarietà, giunge
sinoalla deterinitta ione di una base per le condixioni
dop-
pie e
iDopo questi complementi
mi saràpossibile,
in un successivolavoro
compire
lapredetta
sistemazione delle condizioni di con-tatto.
Avverto che i simboli usati sono
(salvo esplicita notizia) gli
stessi della Memoria citata del SEVERI.
(*) Pervenuta in Redazione il 3 novembre 194~.
L i) La presente Nota è stata oggetto di una Conunicazione al Congresso
Matematico della U. M. I. dell’ ottubre di questo anno.
(2) (4), 19 (1940), pagb. ]53-242.
(3) Questi problemi sono molto antichi, risalendo i priini sino a STEiNER.
Nella loro risoluzione si trovano le prime esperienze di geom. numerativa.
Senonchè le risoluzioni sono spesso parziali, quasi sempre prive di rigore e
maí ispirate ad un inetodo critico sistematico.
1. - L’insieme delle coniche
complete
di unpiano
r, defi- nite come entialgebrici
di ordine due entro la varietà dellecoppie punto-retta
incidenti delpiano,
ammette un modello bira-zionale, privo
dipunti multipli,
in una varietàM5
dello ~~n-magine
dellecoppie punto-iperpiano polari rispetto
laMI
rela-tiva alla
superficie
G di V ERON)4~SE di(4)
Le varietà
E’, F’, (irriducibili)
delle dimensionirispet-
tivamente
4,
4 e3, immagini
nellaMs
delle conichecomplete degeneri
diprima,
seconda e terzaspecie, compaiono
come va-rietà eccezionali della
corrispondenza
birazionaleposta
tra ipunti
della
M5
e dello~5.
Una condizione
doppia, imposta
alle conichecomplete
delpiano x
ha perimmagine
nellaM5
una laquale
ha per in- tersezioni normali conE’, F’,
H’rispettivamente
duesuperficie
ed una curva.
Analogamente,
congli
ovvii cambi didimensione,
per le condizioni
triple rappresentate
daTT~
dellaM5.
Il
problema
delle caratteristiche per le condizionidoppie
etriple
è cos ricondotto alproblema
della determinazione di unabase minima di fronte alla
equivalenza
razionale per leFg
e leV.
della
M5.
_2. - Le della llI~ cui non si
prescriva
alcunparticolare comportamento rispetto
le varietà didegenerazioue E’, F’, H’,
segano
(virtualmente)
H’ secondo una curva, e la totalità di esseproviene:
o daV’3
delloS~
che incontrano G in un numerofinito di
punti,
o dav3
chetagliano genericamente
G secondouna curva., o infine da
J13 passanti geuericamente
per G . Come modelli diquesti
tretipi
si possono assumere iseguenti :
cz) Uno
193 generico
dello Inparticolare quello immagine
delle o0 3 coniche per due
punti,
per cui si indicacon g
la cor-rispondente
condizione numerativa(~).
b)
LoS3 immagine
nelloS5
delleconiche-luogo tangenti
aduna retta in un punto. Esso
taglia
infatti G in una conica.-
Simbolo: pv .
(4) F. SKVERI, Men. cit., n. 50.
(5) t~5ei~e~no tnlora espressioni, comodo, se pur non yrecise, come «lo P~"3 t~,2 ~., confondendo la varietà con la condizione relativa.
c)
LaV ~
intersezione di due formequadratiche Q passanti sem plicemente
per G(").
Come formaQ
sipuò
assumere la forma im-magine
delle ao 1coniche - luogo tangenti
ad una retta. Simbolo v’.Si
noti, infatti,
che leV’
trasformate nellaM5
incontrano H’rispettivamente
in :a) Quattro
curve~’, immagini
ciascuna delle oc ’ ~ conichecomplete,
che si ottengono associando ad unpunto
di Ggli
00 1iperpiani tangenti singolari
di Epassanti
perquel punto.
b)
Unacurva g’ immagine
delle o0 1 conichecomplete
diterza
specie,
che siottengono
associando ad uniperpiano
tan- gentesingolare, gli
00 ipunti
della conica di G chegli
appar- tiene.c)
Una curvag’ .
La base di tali
V.
èquindi,
come osserva il SEVERI(1),
latrasformata della base delle
V,
dello85
aventi icomportamenti precisati,
cioèappunto quella
formata daitipi a, b,
c.Analogamente
lesuperficie
della aventicomportamento normale,
segano(virtualmente)
H’ secondo un numero finito dipunti,
equindi
provengono daV2
dello~5
che non incontrano G, o daV,
che incontrano G in un numero finito dipunti
etoccano ivi o no
E,
o daV2 seganti
G~ in una curva, ma chenon toccano E nei
punti
diquella
curva.Come
tipi
nello85
si possonoquindi
assumere:a)
LoS, immagine
delle conicheper tre punti.
Simbolo:p.3 . b)
Unpiano appoggiato genericamente
in unpunto
aG , immagine quindi
di una rete diconicbe-Iuogo
delpiano x, luogo
di o01 fasci-schiera che si
ottengono
associando una rettadoppia
con le coniche di un fascio
generico ~.
Fra i fasci- schiera vi sonodue - fasci di coniche
iperosculatrici
incorrispondenza
alle dueconiche di 4S
tangenti
alla rettadoppia.
Ed aquesti appartengono
due coniche
complete degeneri
di terzaspecie
che siottengono
associando al
punto
di G considerato i dueiperpiani singolari
(6) Si ricordi ~:he 2 è l’ ordine minimo delle forme passanti per ft.
Cfr. SEVERI, cit., n. 44.
( ~ ) ~’. SKVERI, Mem. cit., n. 56, 66.
contenenti le due rette
passanti
per ilpunto
diG , giacenti
nelloS,
ed osculatrici diE,
intersezioni dello8,
col conoquadrico
delle rette osculatrici ad E in
quel punto
di G . Simbolo: i.e)
Il SEVERI usaqui
ilpiano ~r~
di una conica diG ,
cheha per
immagine
nellah?5
unaV§
chetaglia
H’ secondo unacurva
g’.
Una tale scelta non si adatta però al nostro scopo di ottenere una base minima anche perV’
aventicomportamento
non
normale,
come avremopoi
modo di vedere chiaramente.Sceglieremo
invece laVx
intersezione di una formaquadra- tica Q (del tipo già considerato)
con unSx
deltipo (b).
Unatale
Vi,
di simbolo pv v ,taglia
(~ secondo unaconica,
ma lasua trasformata
V’
nella non incontraH’, perchè
lo pv dàuna V,’
chetaglia
H’ secondo unacurva g’
e Quna Q’
chetaglia
H’ secondo 00 ~ curveg’
for~nanti unasuperficie BV’,
e, conl’ èovvio,
si ha :[g’, ~1~’’~
= 0 , datoche, genericamente, la 9"
non stà in W’.
Concludendo si
ha,
in modoanalogo
al caso delle chei
tipi
a,b,
c formano una base per le considerate.[1 calcolo del discriminante simultaneo A delle
v?)
e
V~ (113, i, v)
fornisce con calcoli immediatiil cui valore assoluto minin~o
garantisce
aposteriori
trattarsi diuna base miiiima.
La base trovata per le
V2’
non offre certamente ivantaggi
della simmetria autoduale
(rispetto
lereciprocità
delpiano ~r~
che sono offerte da
quella
per leV’,
il che ’costituisce un certodisagio
per leapplicazioni pratiche,
ma non sembra facile associare irequisiti
di base minima ed autoduale.3. - Desiderando ora
ampliare
laportata
della soluzionedel
problema,
includendo anche le coiidizionidoppie
etriple,
soddisfatte
rispettivamente
da o i coniche di terzaspecie,
,occorre estendére in
corrispondenza
la soluzione delproblema
della base alle
J7~
ed alleF,
incontranti H’ secondosuperficie
ovvero curve, cioè a varietà in
posizione
eccexionalerispetto
lavarietà di
degenerazione
H’.Interviene
qui
una ideaoriginale
delSEVERI,
secondo cuila nuova base si trova
aggiungendo
alla basegià
trovata nelcaso
normale,
altreV,
eV’ 2 passanti risp.
per leFg
e leV§
formanti sopra J9 la base minima per le varietà delle
rispettive
dimensioni
(8) .
Tale base è costituita da due
superficie
G’ e W’luogo risp.
delle o01 1 curve
~’
associate aipunti
di una conica diG,
e delle00 ’ ~
curve g’
associateagli iperpiani tangenti singolari passanti
per ’ un
punto
diG,
e per le curve da e{/.
Come
Y3
eV§
il SEVERIsceglie
la sezioneiperpiana
gene- rica di E e una sua trasformata mediante unareciprocità piana ;
una sezione con un
.S3
di E e,analogamente,
una suareciproca, trasportate
tutte sulla4. -
Vogliamo
oraapprofondire
lo studio delle varietà in- contrate. La sezioneiperpiana
di E puòrappresentarsi
col sim-bolo 8ti,
essendoqui p
preso come simbolo di uniperpiano generico
I. Ipunti
di Irappresentano
le coniche di un sistema lineareoo ~,
7 , entro cui ipunti
dellaV3
restano caratterizzati dalle conichedegeneri.
Le coniche
di 7
sonoconiugate
di un unicoinviluppo ~1’]
formato dalle
tangenti
ad una conica1’,
e ilpunto
Pimmagine
di I’ in
5*5
ha perpolare rispetto E, l’ iperpiano
I.I
punti
dellaV,
sonoquindi immagini
dellecoppie
di retteconiugate rispetto
1’. Fraqueste
le rettedoppie
sonoquelle
stessedi
[F]
chepertanto corrispondono
aipunti
dellaquartica
k incui la
V, taglia
G .Sia d una di
queste rette, omologa
delpunto
D dik ,
ed~I un suo
punto.
Le 00 lcoppie
di retteconiugate rispetto
1’passanti
per sono leimmagini
deipunti
d’ una retta m dellaV, appoggiata
a k in D.Ogni punto
diverso da D è per-( 8) Le basi teoriche del metodo sono nei nn. 37, 38 della Men~. cit.
Cfr. anche n. 67.
tanto
immagine
d’ una conicadegenere
diprima specie,
laquale, quando quel punto
tende aD,
tende alla c;onicadegenere
diterza
specie (c~ , M).
Si conclude che alla
Y’3
considerata comeimmagine
diconiche
complete appartengono
tutte le 00 t conichedegeneri
diterza
specie rappresentate (come luoghi)
daipunti
di k . In altreparole,
nellaM,
la trasformata dellaV3
edimmagine
dellacondizione ~ p, giace
tTCtta i n E’ eta,qlia
H’ secondo una super-ficie
2 G’.Si
può
far spezzare la 2 G ’ " in due effetti ve G ’distinte, scegliendo
I in modo che k sispezzi
in due coniche di G . Allora ~inviluppo
si spezza in due fasci e P va a caderesu G nella intersezione delle due coniche. Se
queste
addiritturacoincidono, la’ 2G’
èproprio
u~~a G’ contata due volte(e
P èindeterniinato sulla conica di contatto di
I).
Si avverta infine che la
Tr3
è determinata dalla condizione di passaredoppiamente
per k ,poichè
ciòimplica
che essagiaccia
nello
5;4
dik ,
econtenga
tutte le corde di k che laricoprono.
Passiamo ora alla sezione di E con un
83, J,
di sini-holo
Ò t-1 2,
essendo alsolito p, interpretato
in sensolargo.
è intanto una
superficie
cubica conquattro punti doppio
i A ,B , C,
D.1
punti
di I rappresentano le caniche d’un sistema lineare30 3I
equelli
diIr2
le conichedegeneri
diT;
inparticolare A , B, C,
D le rettedoppie
di T.GF inviluppi coniugati
a tutte le coniche di T formano unaschiera 00 l che può individuarsi con due dei suoi
inviluppi [p]
e
[a]
aderenti a due coniche p, o. Le conichedegeneri
di Tsono le
coppie
di retteconiugate rispetto
p e a, e diqueste
nepassa una ben determinata per
ogni punto
delpiano (ossia V,
èincontrata in un
punto
dalpiano
diogni
conica diG ) ;
f~’a queste visono,
come rettedoppie,
lequattro tangenti
a ,b ,
comuni a p e a alle
quali corrispondono
ipunti A, B, C,
D. *Ad itn
punto.
M delpiano corrisponde
unpunto
di im-magine
della conicadegenere
diprima specie (na , ~z)
costituitadalle due rette per ~1
coniugate rispetto
a p e o; se 3i tende ad unpuc~to Q
di a le tendono a coincidere con ~c , e la(r~a , ti)
tende alla conicadegenere
di terzaspecie (a, ~,a ..
Pertanto alla
V,,
comeimmagine
di conichecomplete,
ap-partengono
iquattro
sistemi oo ’ 1di
conichedegeneri
di terzaspecie rappresentate,
comeluoghi,
daipunti A ,
B, C,D;
ossiala
V~ , immagine
sullaM5
di E’ etaglia
H’in
quattro
curve~’.
Poichèuna ~’
i ed una G’ i non sitaglíano,
la
Y3
e laF,
non hanno intersezioni comuni in H’.Che in
V,
debbano includersi come limiti tutte le coniche di terzaspecie legate
aipunti A , B, C,
D risulta dall’ essere il cono 1’tangente
aV,
in A , la intersezione delloS3, J,
colcono
tangente
ad E in A .Quindi,
se t è una delletangenti
aV,
inA , quando
unpunto
x diV2
tende ad A in direzionedi
quella tangente,
il suoiperpiano polare
~Y tende ad unodegl’ iperpiani tangenti
al cono 1’ variabile con t.5. - Determinianlo ora il valore di ossia
.
La V,
e laV,
sitagliano
in unacubica 1l,
intersezione di E colpiano r = (I, J)
che è in definitiva unpiano generico;
quindi
ipunti
comuni aV~
eV3 riempiono
una curva dellaquale
occorrerà valutare ~equivalenza
entro la varietàE - H’,
ossia nella E’ cui si dia come contorno la H’. Osserviamo che in J
le j 4
cubiche coiquattro punti doppi A,
B,C,
D formanoun sistema lineare o0 3
(di
x3+
+ eXI x, x,
= 0)
avente come linea base lasestupla
dirette - spigoli
del tetraedro A B C Dche,
stando inE, tagliano
la
Fs
in seipunti P~,...,
P,posti
sullacubica 1j. Questi
seipunti
sonopertanto
comuni allaV3
ed a tutte leV,
col com-portamento
indicato.Le V2 tagliano
ilpiano
c in un sistema lineare o0 3 di cubiche coipunti
baseP, , ... , P 6
equindi 1J,
e di conseguenzaV3, in
novepunti
deiquali
i seipredetti fissi,
egli
altri variabiliin
una g2
su 1J.Se
V2
tende alla nostraV~
i seipunti P, restano fissi,
egli
altri tre variano tendendo ad un limite determinatodipen-
dente dal modo con cui 1Tq tende a
V,.
Si hannopertanto
noveinterserzioni limiti e
quindi,
tenendo conto che nessuna di esseè in H’
(cfr.
n.precedente),
si ha:8 p. - ~ p.~ =
9.È
da notare che nelpassaggio
daV,
aV:
lequattro
curve~~, .... ~~)
non restanopiù
inH’,
ma sono sostituite daquattro
curve
c~ 4 , .... , #I’
di F’ ciascuna dellequali taglia
H’ inquattro punti giacenti S1111’ omologa c~’ (in quanto
i due conitangenti,
ad es., in A hanno
quattro generatrici
incomune),
senza peròpregiudizii
alla conclusione.6. - Passiamo ora a
procurarci
in modo direttol’ espressione
della condixione
d’ iperosctcla~zo~ie ~ Tispetto
1tna conicafissa,
che ci
pernetterà poi
di calcolare il discrirninante simultaneo relativo alla base che c’interessa.Le coniche soddisfacenti
a j3
formano 00 1 fasci ciascuno deiquali
è individuato dalla conica fissa k e da una suatangente 1
contata due volte. La
superficie
delloS, rappresentante ~
èquindi
iun cono col vertice nel
punto
Pimmagine
della conica k .L’ iperpiano
~,polare
diP,
èimmagine dell’ inviluppo
ade-rete a
k ;
ed i suoipunti
delle conicheconiugate
aquell’invi- luppo.
Fraqueste
vi sono tutte le rettedoppie t (e
non ve nesono
altre), quindi
la loroimmagine
è laquartica
k intersezione di 1t collasuperficie
di i VERONESE C~ . Si conclude che ilcon o ~
è
quello
che da Pproietta k ,
epertanto
è delquarto
ordine.Ogni
conica delsistema
è determinata sia comeluogo,
sia come
inviluppo.
Finchè la suaimmagine x
non cade suk ,
si tratta di una conica irriducibile, e
quando
x, muovendosi sopra unageneratrice,
tende ad unpunto x
dik ,
la conica cor-rispondente
tende ad una conica di terzaspecie degenere,
comeluogo,
nella rettadoppia
t, e, comeinviluppo,
nel fasciodoppio
avente per centro il
punto
di contatto T di t con k . In cor-rispondenza,
nello85, 1’ iper.pianu immagine dell’ inviluppo
ade- rente, tende ad un limitedeterminato,
che èl’ iperpiano tangente
a G
lungo
la conicaimmagine
diT,
che ovviamente èquella tangente
a k nelpunto
r(9) corrispondente
di T.Pertanto,
nella lai mmagine
delcono 0
è una super- ficie~’
chetaglia
H’ secondo una curva k’ e non incontra altrove nè E’ n è F’.(9) Tenendo conto che la retta ( Pz) immagine del fascio-schiera indi- viduato da -k e dalla retta t è tangente ad E in c, si vede che I’ iperpiano
limite non cambia ancho se x tende al limite sul cono in direzione diversa da
quella della generatrice.
Per
decomporre opportunamente
la condizionefi,
si facciatendere
P, lungo
una rettagenerica
r , ad unpunto Q
di G .Tanto vale far variare k in un fascio-schiera R determinato da k e da una retta
doppia q’.
Il fascio-schiera R sia:
potendosi
supporre che kcorrisponda
al valore 1 di t . La rettaq sarà il lato A, ~
A,
deltriangolo
delle coordinate.Con riferimento ad una
generica
conica di .l~ scriviamo leequazioni
delle coniche cheriempiono
il sistema oo x Po- tremo indicare ancora con kquella
conica;~enerioa
e rappresen- tarlaparametricamente
con le:essendo z il
parametro lungo
k .La
tangente
m nelpunto
M diparametro
T è:quindi 1’ equazione
del fascio-schiera 8 determinato daquella tangente
e da k è: .che,
al variare di r e ~1,rappresenta
il sistemaP
aderente a k .Si tratta di cercare
quali
sono i limiti delle sueconiche, quando
t tende a zero
(disponendo opportunamente
di r eIL).
Procuriamoci intanto le
equazioni
delle conichedi fi
comeinviluppi,
il che è facile tenendo conto dell’autodualitàdi fi .
Intanto
l equazione pliickeriana
della nostra conica è:e
quella
di J.11 di coordinate date dalle(2) :
quindi
il fascio di conicheinviluppo
aderente a b è:I due sistemi
(3)
e(6)
sono incorrispondenza
biunivoca ed irelativi elementi
legati
ai valori0, oo
di 1.Le p’
sonoassociati, dunque
dev’ essere :IL’
- X e colla verifica su un casoparti-
colare si ha
precisamente:
Introduciamo ora
qualche
notazionepiù opportuna
per ipassaggi
al limite. Posto:
le
(3)
e(6) divengono:
Al
limite,
sempreper t
--~-0 ,
si hanno iseguenti tipi :
I. Z --~ O
(q
e v restano finiti e si possono supporrecostanti)
e
quindi
v’ 2013~ 0 .La conica
luogo (3’)
si spezza in due rette(arbitrarie)
delfascio
A,
e, comeinviluppo (6’),
nel fasciodoppio u§
= 0(di
centro
A, ) .
(Z
e vfiniti),
e ancora v’ --> 0.Si hanno due rette
(arbitrarie)
per A2 e fasciodoppio it2,
= 0di i centro
A, .
0 , i - n>a ’ tende
ad m limite finito e v pure.Scrivendo la
(6’)
nella forma:si riconosce che
l’ inviluppo
si spezza in due . fasci coi centri arbitrari sulla rettax. = 0 ,
e la conicaluogo (3’)
nella rettadoppia x3
= 0.IV. Si
sviluppi
la(3’)
scrivendola :indi si ponga: e
quindi :
Sostituendo :
Si
tengano
fissi, e si faccia tendere a zero w.Allora anche
t-0 ,
e si faccia v- - 4 in modo che iSi otterrà al limite la conica :
spezzata
nellaretta q (Xa
=0),
ed in una retta arbitraria r delpiano.
Evidentementel’ imviluppo
tende al fasciodoppio
col centronel
punto ~r q),
come conferma la(6’) che,
tenendo conto delleposizioni
si riduce al limite alla:Il calcolo effettuato ha messo in evidenza che al
limite, quando P --~ Q,
il conoimmagine di j3 viene,
comeluogo,
acontenere i
punti
di duepiani passanti
ciascuno per una conica di G e ipunti
di unpiano tangente
aG ,
che dovrà essere con-tato due
volte,
essendo il cono delquarto
ordine.Dal
punto
di vista delle conichecomplete
il cono, allimite,
contiene anche le w ’ coniche
co~nplete
di secondaspecie immagini
degli iperpiani tangenti
ad E in unpunto
diG ,
epoichè
il cono, per l’ autodualità dellacondizione, è
diquarta classe, questo
in-sieme
andrà contatoquattro
volte.Indichiamo ora con ~ la condizione
perchè
una conica sispezzi
in due rette per unpunto,
econ ~1
laduale ;
con o lacondizione
perchè
una conica sispezzi
in due rette di cui unafissa e a, la duale.
Le conclusioni
precedenti
siesprin10no
allora evidentemente nella formula :7. - Tenendo ancora
presente
~ autodualitàdi p
si ha subito :ossia: o
D’altra
parte
si ha evidentemente nella1B15 -
e
quindi,
per la(9) :
nonchè,
per la(10),
8 ti - a = 0 .Segue
diqui
conqualche
altro calcolo immediato, che il discriminante simultaneo della base considerata al n.3,
è datodal determinante:
che non
corrisponde
al valore minimo. Pertanto lecorrispondenti
caratteristiche sono certo
indipendenti,
ma la loro base non è minima.8. - La base minima si trova invece in
corrispondenza
aisimboli di chiaro
significato :
Un calcolo immediato
pei
risultatiprecedenti,
fornisce per questa :’_1 i
il che conferma trattarsi di una base minima.
9. - Vale infine la pena di esaurire definitivamente la condi- zione
d’ iperosculazione (9) esprimendola
in funzione delle con-dizioni
base,
egeneralizzandola
ad unaalgebrica
d’ ordinen , classe m e genere p .
Diciamo
ancóra ~
la condizione. Calcoliamo intanto il valore deiIL
primo
è dato dal numero deigruppi
di unag~n
aventiun
punto triplo,
ed è :Il secondo differisce dal
primo
per le coniche di terzaspecie
chepassano per il
punto
e sonotangenti
alla equindi :
Per
1’ autodaalità : ~i ys
0.
Se all ora :
si trova calcolando a,
b,
c,d,
e:in cui si è
posto :
Se,
d’altraparte,
ci si calcola direttamente a tenendopresente
la
( 13)
si trova:Pertanto la
(14)
può scriversi :che fornisce una interessante