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八字曲线


EightCurve

一种曲线,也称为热罗诺双纽线。它由笛卡尔坐标给出

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

极坐标,

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

参数方程

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

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

在八字曲面的方程中设置 x=0, z=x/2, 和 a^'=a/2 (即,缩小一半并将 z-轴重新标记为 x-轴)得到八字曲线。

曲线的面积是

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

曲率和切线角是

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)

整个曲线的弧长由下式给出

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) 是第一类完全椭圆积分E(k) 是第二类完全椭圆积分, 并且 Pi(x,k) 是第三类完全椭圆积分,所有这些都以椭圆模量 k=sqrt(2+2^(-1/2))/2 为参数 (D. W. Cantrell, 私人通讯, 4月 22, 2006)。 弧长也通过以下方式与一维随机游走有着惊人的联系

 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)

并且 _2F^~_1(a,b;c;z) 是一个正则化超几何函数,其中前几项对于 n=0, 1, ... 是 1, 0, 4, 6, 36, 100, ... (OEIS A092765; M. Alekseyev, 私人通讯, 4月 19, 2006)。


另请参阅

蝴蝶曲线, 哑铃曲线, 八字曲面, 双纽线, 梨形曲线

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参考文献

Cundy, H. 和 Rollett, A. 数学模型,第 3 版。 英国斯特拉德布罗克:Tarquin Pub.,第 71 页,1989 年。Lawrence, J. D. 特殊平面曲线目录。 纽约:Dover,第 124-126 页,1972 年。MacTutor 数学史档案馆。“八字曲线。” http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Curves/Eight.htmlSloane, N. J. A. “整数序列在线百科全书”中的序列 A092765A118178

请引用为

Weisstein, Eric W. “八字曲线。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/EightCurve.html

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