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八字曲線


EightCurve

一種曲線,也稱為熱羅諾雙紐線。它由笛卡爾座標給出

 x^4=a^2(x^2-y^2),
(1)

極座標,

 r^2=a^2sec^4thetacos(2theta),
(2)

引數方程

x=asint
(3)
y=asintcost.
(4)

它在 (+/-a,0) 處有垂直切線,在 (+/-1/2sqrt(2)a,+/-1/2a) 處有水平切線。

在八字曲面的方程中設定 x=0, z=x/2, 和 a^'=a/2 (即,縮小一半並將 z-軸重新標記為 x-軸)得到八字曲線。

曲線的面積是

 A=4/3a^2.
(5)

曲率和切線角是

kappa(t)=-(2sqrt(2)[2+cos(2t)]sint)/(a[2+cos(2t)+cos(4t)]^(3/2))
(6)
phi(t)=[tan^(-1)(sqrt(7)-4cost)+tan^(-1)(sqrt(7)+4cost)]-[tan^(-1)(4-sqrt(7))+tan^(-1)(4+sqrt(7))].
(7)

整個曲線的弧長由下式給出

s=4aint_0^1sqrt((4x^4-5x^2+2)/(1-x^2))dx
(8)
=4aint_0^(pi/2)sqrt(4sin^4t-5sin^2t+2)dt
(9)
=8aint_0^(pi/2)sqrt((sin^2t-5/8)^2+7/(64))dt
(10)
=2sqrt(2)aint_0^(pi/2)sqrt(2+cos(2t)+cos(4t))dt
(11)
={4·2^(1/4)[E(k)-K(k)]+(3+2sqrt(2))2^(-1/4)×Pi(1/8(4-3sqrt(2)),k)}a
(12)
=6.09722...a
(13)

(OEIS A118178), 其中 K(k) 是第一類完全橢圓積分E(k) 是第二類完全橢圓積分, 並且 Pi(x,k) 是第三類完全橢圓積分,所有這些都以橢圓模量 k=sqrt(2+2^(-1/2))/2 為引數 (D. W. Cantrell, 私人通訊, 4月 22, 2006)。 弧長也透過以下方式與一維隨機遊走有著驚人的聯絡

 s=2piasum_(n=0)^infty4^(-n)(1/2; n)b_n,
(14)

其中

b_n=sum_(k=0)^(n)(-3)^k(n; k)(4n-2k; 2n-k)
(15)
=(16^nsqrt(pi)_2F^~_1(-2n,-n;1/2-2n;3/4))/((2n)!)
(16)
=(4n; 2n)_2F_1(-2n,-n;1/2-2n;3/4)
(17)

並且 _2F^~_1(a,b;c;z) 是一個正則化超幾何函式,其中前幾項對於 n=0, 1, ... 是 1, 0, 4, 6, 36, 100, ... (OEIS A092765; M. Alekseyev, 私人通訊, 4月 19, 2006)。


另請參閱

蝴蝶曲線, 啞鈴曲線, 八字曲面, 雙紐線, 梨形曲線

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參考文獻

Cundy, H. 和 Rollett, A. 數學模型,第 3 版。 英國斯特拉德布羅克:Tarquin Pub.,第 71 頁,1989 年。Lawrence, J. D. 特殊平面曲線目錄。 紐約:Dover,第 124-126 頁,1972 年。MacTutor 數學史檔案館。“八字曲線。” http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Curves/Eight.htmlSloane, N. J. A. “整數序列線上百科全書”中的序列 A092765A118178

請引用為

Weisstein, Eric W. “八字曲線。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/EightCurve.html

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