这四个式子是在讲椭圆曲线的“加法”群规则(chord-and-tangent)。核心口诀是:
同一条直线与椭圆曲线的三个交点(按重数计算)相加等于 0(单位元)
也就是:若直线与曲线交于 A,B,C,则 A+B+C=0。
这里的 0(图里写 0)指的是无穷远点O,是加法单位元。
同时,点的相反数是关于x 轴镜像:
若,则
。
1) P+Q+R=0
第 1 幅里蓝线穿过曲线上的两点 P,Q,并与曲线再交于第三点 R。
因此按规则:
所以真正的“和”P+Q 不是图上的 R,而是把 R关于 x 轴翻过去得到的 −R。
2) P+Q+Q=0(切线导致“重交点”)
第 2 幅里蓝线过 P 并在 Q 处相切。
“相切”意味着这条线在 Q 处的交点重数为 2,所以这条线与曲线的三个交点(按重数)是:P,Q,Q。
因此:
它表达的是一种退化/特殊位置:存在某个 P,使得“过 P 且在 Q 相切”的直线成立,于是第三个交点“又是 Q”。
3) P+Q+0=0(竖直线:互为相反数)
第 3 幅里蓝线是竖直线,它与曲线交于 P 和 Q,而第三个交点是无穷远点 0(=O)(可以理解为“竖直方向的无穷远处”)。
因此:
几何上就是:P 与 Q x 坐标相同,y 互为相反数。
4) P+P+0=0(竖直切线:2 阶点)
第 4 幅里在 P 处的切线是竖直的,这通常发生在 P 的 y=0(点落在 x 轴上)。
此时 P=−P(因为关于 x 轴翻过去还是自己),所以 2P=0。图中写成:
这表示 P 是一个阶为 2 的点(加两次回到单位元)。
我把图里四种情况都对应到代数计算公式上(同一套规则,在实数域和有限域 里都成立;有限域里把除法换成“乘逆元”即可)。
下面用最常见的短 Weierstrass 形式举例:
并约定单位元(图里的 0)是无穷远点 O。
0. 两个最基本的代数规则
0.1 取相反数(对应“关于 x 轴镜像”)
在有限域中就是
。
0.2 直线交点求和规则
任意一条直线与曲线相交(按重数算)得到三点 A,B,C,则
A+B+C=O
所以如果直线过 P,Q,第三交点叫 R,那么