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維維亞尼曲線


VivianisCurveIntersection

正如 Gray (1997, p. 201) 所定義,維維亞尼曲線,有時也稱為維維亞尼窗,是半徑為 a 且中心為 (a,0)圓柱體空間曲線的交線。

 (x-a)^2+y^2=a^2
(1)

以及球體

 x^2+y^2+z^2=4a^2
(2)

中心為 (0,0,0) 且半徑為 2a 的球體。 維維亞尼在 1692 年研究了這條曲線 (Teixeira 1908-1915, pp. 311-320; Struik 1988, pp. 10-11; Gray 1997, p. 201)。

VivianisCurve

直接求解 xy 作為 z 的函式,得到

x=2a-(z^2)/(2a)
(3)
y=+/-z/2sqrt(4-(z^2)/(a^2)).
(4)

這條曲線由引數方程給出

x=a(1+cost)
(5)
y=asint
(6)
z=2asin(1/2t)
(7)

對於 t in (-2pi,2pi) (Gray 1997, p. 201)。

VivianisCurveSections

從引數方程可以立即看出,從正面、頂部和左側觀察曲線得到的分別是類似雙紐線的曲線、拋物線段。 類似雙紐線的圖形具有引數方程

x=sint
(8)
y=2sin(1/2t),
(9)

可以用笛卡爾座標寫成四次曲線

 4x^2+y^4=4y^2.
(10)

維維亞尼曲線的弧長

 s=8sqrt(2)aE(1/2sqrt(2))
(11)

其中 E(k)第二類完全橢圓積分

維維亞尼曲線的弧長函式、曲率撓率由下式給出

s(t)=2asqrt(2)E(1/2t,1/2sqrt(2))
(12)
kappa(t)=(sqrt(13+3cost))/(a(3+cost)^(3/2))
(13)
tau(t)=(6cos(1/2t))/(a(13+3cost))
(14)

(Gray 1997, p. 202),其中 E(x,k) 是不完全第二類橢圓積分


另請參閱

圓柱體, 圓柱體-球體交線, 魔鬼曲線, 雙紐線, 球體, 斯坦梅茨立體

使用 探索

參考文獻

Gray, A. "Viviani's Curve." §8.6 in Modern Differential Geometry of Curves and Surfaces with Mathematica, 2nd ed. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 201-202, 1997.Kenison, E. and Bradley, H. C. Descriptive Geometry. New York: Macmillan, p. 284, 1935.Struik, D. J. Lectures on Classical Differential Geometry. New York: Dover, 1988.Teixeira, F. G. Traité des courbes spéciales remarquables plane et gauches, Vol. 2. Coimbra, Portugal, 1908-1915. Reprinted New York: Chelsea, 1971 and Paris: Gabay.von Seggern, D. CRC Standard Curves and Surfaces. Boca Raton, FL: CRC Press, p. 270, 1993.

請引用本文為

Weisstein, Eric W. “維維亞尼曲線。” 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/VivianisCurve.html

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