第一次玩这种东东,完全不熟行的说,看着显然,就是不会证……
搞第一个先,单叶双曲面为
\[\frac{x^{2}}{a^{2}}+\frac{y^{2}}{b^{2}}-\frac{z^{2}}{c^{2}}=1,\]
其中 $a,b,c>0$。设其上某直母线 $L_1$ 为
\[\left\{\begin{aligned}
\lambda _{1}\left( \frac{x}{a}+\frac{z}{c} \right)&=\lambda _{2}\left( 1+\frac{y}{b} \right), \\
\lambda _{2}\left( \frac{x}{a}-\frac{z}{c} \right)&=\lambda _{1}\left( 1-\frac{y}{b} \right),
\end{aligned}\right.\]
其中 $\lambda_1,\lambda_2$ 不同为 0。不妨设 $\lambda_2\ne0$ 时另一同族直母线 $L_2$ 为
\[\left\{\begin{aligned}
\lambda _{3}\left( \frac{x}{a}+\frac{z}{c} \right)&=\lambda _{2}\left( 1+\frac{y}{b} \right), \\
\lambda _{2}\left( \frac{x}{a}-\frac{z}{c} \right)&=\lambda _{3}\left( 1-\frac{y}{b} \right),
\end{aligned}\right.\]
其中 $\lambda_3\ne\lambda_1$。
令 $z=0$ 可以求出 $L_1$ 过点 $\displaystyle P_1\left(\frac{2 a \lambda_1\lambda_2}{\lambda_1^2+\lambda_2^2},\frac{b(\lambda_1^2-\lambda_2^2)}{\lambda_1^2+\lambda_2^2},0\right)$,$L_2$ 过点 $\displaystyle P_2\left(\frac{2 a \lambda_3\lambda_2}{\lambda_3^2+\lambda_2^2},\frac{b(\lambda_3^2-\lambda_2^2)}{\lambda_3^2+\lambda_2^2},0\right)$,又 $L_1, L_2$ 的方向向量分别为
\begin{align*}
\overrightarrow{n_{1}}&=\left( \frac{\lambda _{1}}{a},-\frac{\lambda _{2}}{b},\frac{\lambda _{1}}{c} \right)\times \left( \frac{\lambda _{2}}{a},\frac{\lambda _{1}}{b},-\frac{\lambda _{2}}{c} \right),\\
\overrightarrow{n_{2}}&=\left( \frac{\lambda _{3}}{a},-\frac{\lambda _{2}}{b},\frac{\lambda _{3}}{c} \right)\times \left( \frac{\lambda _{2}}{a},\frac{\lambda _{3}}{b},-\frac{\lambda _{2}}{c} \right),
\end{align*}
而直线异面的充要条件是 $\overrightarrow{P_{1}P_{2}}\cdot \left( \overrightarrow{n_{1}}\times \overrightarrow{n_{2}} \right)\ne 0$,代入上面的数据可知
\[\overrightarrow{P_{1}P_{2}}\cdot \left( \overrightarrow{n_{1}}\times \overrightarrow{n_{2}} \right)=-\frac{4\lambda_2^2(\lambda _1-\lambda _3)^2}{abc},\]
的确不为 0。
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