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腎形線


Nephroid
NephroidFrames

具有兩個尖點的外擺線被稱為腎形線。“Nephroid”這個名字的意思是“腎形的”,最早由 Proctor 在 1878 年用於指代具有兩個尖點的外擺線 (MacTutor Archive)。

腎形線是源自心臟線尖點的光線經其反射後的反射包絡線。此外,惠更斯在 1678 年指出,當光源位於無窮遠處時,腎形線是反射包絡線,他在 1690 年出版的《光論》中發表了這一觀察結果 (MacTutor Archive)。(Trott 2004 年,第 17 頁錯誤地指出,平行光照射到任何凹面鏡上的反射包絡線都是腎形線。)彈出式卡片產生的 “扁平遮陽曲線”(被稱為“騎士遮陽板”)的形狀是半個腎形線 (Jakus and O'Rourke 2012)。

由於腎形線有 n=2 個尖點,a=b/2,以及關於引數 phir^2 方程由外擺線方程給出

 r^2=(a^2)/(n^2)[(n^2+2n+2)-2(n+1)cos(nphi)]
(1)

其中 n=2,

 r^2=1/2a^2[5-3cos(2phi)],
(2)

其中

 tantheta=(3sinphi-sin(3phi))/(3cosphi-cos(3phi)).
(3)

這可以寫成

 (r/(2a))^(2/3)=[sin(1/2theta)]^(2/3)+[cos(1/2theta)]^(2/3).
(4)

引數方程為

x=a[3cost-cos(3t)]
(5)
y=a[3sint-sin(3t)]
(6)
=4asin^3t.
(7)

笛卡爾方程為

 (x^2+y^2-4a^2)^3=108a^4y^2.
(8)

腎形線的面積和弧長為,

A=12pia^2
(9)
s=24a.
(10)

弧長、曲率和切線角作為引數 t 的函式為

s(t)=6a(1-cost)
(11)
kappa(t)=(csct)/(3a)
(12)
phi(t)=2t,
(13)

其中,s(t)kappa(t) 的表示式對於 0<t<pi 有效。

NephroidEnvelope

腎形線可以生成為以給定圓為圓心且與該圓的直徑之一相切的圓的包絡線 (Wells 1991)。


另請參閱

星形線, 三角曲線, 弗裡思腎形線, 瓦特曲線

使用 探索

參考文獻

Beyer, W. H. CRC 標準數學表格,第 28 版 Boca Raton, FL: CRC Press, p. 221, 1987.Jakus, S. and O'Rourke, J. "From Pop-Up Cards to Coffee-Cup Caustics: The Knight's Visor." 6 Jun 2012. http://arxiv.org/pdf/1206.1312.pdf.Lawrence, J. D. 特殊平面曲線目錄 New York: Dover, pp. 169-173, 1972.Lockwood, E. H. "The Nephroid." Ch. 7 in 曲線之書 Cambridge, England: Cambridge University Press, pp. 62-71, 1967.MacTutor History of Mathematics Archive. "Nephroid." http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Curves/Nephroid.html.Trott, M. Mathematica 圖形指南 New York: Springer-Verlag, 2004. http://www.mathematicaguidebooks.org/.Wells, D. 企鵝好奇有趣的幾何學詞典 London: Penguin, p. 158, 1991.Yates, R. C. "Nephroid." 曲線及其性質手冊 Ann Arbor, MI: J. W. Edwards, pp. 152-154, 1952.

請引用本文為

Weisstein, Eric W. "Nephroid." 來自 ——Wolfram 網路資源。 https://mathworld.tw/Nephroid.html

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