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魚曲線


FishCurve

魚曲線是本文中創造的一個術語,指的是離心率 e^2=1/2 的特殊情況下,焦點為垂足點橢圓負垂足曲線。對於一個橢圓,其引數方程

x=acost
(1)
y=(asint)/(sqrt(2)),
(2)

對應的魚曲線具有引數方程

x_n=acost-(asin^2t)/(sqrt(2))
(3)
y_n=acostsint.
(4)

笛卡爾方程

 -2a^4sqrt(2)a^3x-2a^2(x^2-5y^2)+(2x^2+y^2)^2+2sqrt(2)ax(2x^2+5y^2)=0
(5)

原點平移到結點時,該方程可以寫成

 (2x^2+y^2)^2-2sqrt(2)ax(2x^2-3y^2)+2a^2(y^2-x^2)=0
(6)

(Lockwood 1957)。

FishCurvePieces

在上述引數化中,曲線的內部方向不一致,當遍歷曲線時,魚頭在曲線的左側,魚尾在曲線的右側。將曲線的兩個部分分別處理,則得到魚尾和魚頭的面積為

A_(tail)=(2/3-pi/(4sqrt(2)))a^2
(7)
A_(head)=(2/3+pi/(4sqrt(2)))a^2,
(8)

魚的整體面積為

 A=4/3a^2
(9)

(Lockwood 1957)。

曲線的弧長由下式給出

s=intsqrt(x^('2)+y^('2))dt
(10)
=aint_0^(2pi)sqrt(cos^4t+(1+2sqrt(2)cost)sin^2t+sin^4t)dt
(11)
=asqrt(2)(1/2pi+3)
(12)

(Lockwood 1957)。

曲率切線角由下式給出

kappa(t)=(2sqrt(2)+3cost-cos(3t))/(2a[cos^4t+sin^2t+sin^4t+sqrt(2)sintsin(2t)]^(3/2))
(13)
phi(t)=pi-arg(sqrt(2)-1-2/((1+sqrt(2))e^(it)-1)),
(14)

其中 arg(z)復變輻角

TschirnhausenCubicFish

上面展示的Tschirnhausen 立方曲線也像一條魚,三葉曲線也是如此。


另請參閱

Burleigh's Oval, 橢圓負垂足曲線, 葉形線, Talbot's Curve, 三葉曲線, Tschirnhausen 立方曲線

使用 探索

參考文獻

Lockwood, E. H. “關於焦點橢圓的負垂足曲線。” Math. Gaz. 41, 254-257, 1957.Lockwood, E. H. 曲線之書。 Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 157, 1967.

請按如下方式引用

Weisstein, Eric W. “魚曲線。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/FishCurve.html

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