关于圆锥面唯一确定所需点数及相关疑问的技术咨询
咱们先一步步拆解你的问题,帮你理清这些困惑:
第一个疑问:5个点需不在同一条母线上才能确定圆锥面吗?
你的判断是完全正确的!
首先看这个过原点的圆锥面齐次方程:
$$ax{2}+by{2}+cz^{2}+2fyz+2gzx+2hxy=0$$
因为方程是齐次的,所有系数成比例的话,对应的是同一个圆锥面——所以实际上我们只有5个独立的自由度(比如你固定$a=1$,就剩下$b,c,f,g,h$这5个未知量)。
如果5个点都在同一条母线上,那每个点代入方程后得到的其实是同一个等式:母线上的点都可以表示为$t(x_0,y_0,z_0)$($t$为任意实数),代入方程会得到$t^2 \cdot (ax_02+by_02+cz_0^2+2fy_0z_0+2gz_0x_0+2hx_0y_0)=0$,本质上所有点给出的都是同一个方程,这就导致方程组线性相关,无法解出唯一的系数。
只有当5个点分别在不同的母线上时,每个点代入后得到的方程才是线性无关的,这样就能唯一解出剩下的5个系数,从而确定圆锥面(在系数成比例的等价意义下)。
第二个困惑:5个点怎么决定准线的形状?
这里你可能混淆了一个点:圆锥面的准线并不是唯一的。圆锥面的定义是过定点(原点)且与某条定曲线(准线)相交的所有直线的集合,但你可以取任意一个不经过原点的平面,和圆锥面的交线都可以作为这个圆锥面的准线。
当你用5个不同母线上的点确定了圆锥面的方程后,这个圆锥面的几何性质就完全固定了:它是椭圆锥、双圆锥还是抛物圆锥,所有母线的方向,以及它和任意平面相交得到的准线形状,都由这个二次方程的系数决定。
换句话说,你不用去“确定”某一条特定的准线,因为圆锥面本身就包含了所有可能准线的信息。比如你确定方程后,取$z=1$的平面和它相交,得到的二次曲线就是一条准线;取$y=2$的平面相交,又是另一条准线,但这些准线都属于同一个圆锥面,它们的形状是由圆锥面本身的类型决定的——而这个类型已经被5个点唯一确定了。
总结一下:只要5个点在过原点的圆锥面上,且各自在不同的母线上,就能唯一确定这个圆锥面;圆锥面的几何特征(包括所有可能准线的形状)都由这个确定的方程来决定,不需要额外去单独确定准线。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Sasikuttan

