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鱼曲线


FishCurve

鱼曲线是本文中创造的一个术语,指的是离心率 e^2=1/2 的特殊情况下,焦点为垂足点椭圆负垂足曲线。对于一个椭圆,其参数方程

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

对应的鱼曲线具有参数方程

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

笛卡尔方程

 -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)

原点平移到结点时,该方程可以写成

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

(Lockwood 1957)。

FishCurvePieces

在上述参数化中,曲线的内部方向不一致,当遍历曲线时,鱼头在曲线的左侧,鱼尾在曲线的右侧。将曲线的两个部分分别处理,则得到鱼尾和鱼头的面积为

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

鱼的整体面积为

 A=4/3a^2
(9)

(Lockwood 1957)。

曲线的弧长由下式给出

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)。

曲率切线角由下式给出

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)复变辐角

TschirnhausenCubicFish

上面展示的Tschirnhausen 立方曲线也像一条鱼,三叶曲线也是如此。


另请参阅

Burleigh's Oval, 椭圆负垂足曲线, 叶形线, Talbot's Curve, 三叶曲线, Tschirnhausen 立方曲线

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参考文献

Lockwood, E. H. “关于焦点椭圆的负垂足曲线。” Math. Gaz. 41, 254-257, 1957.Lockwood, E. H. 曲线之书。 Cambridge, England: Cambridge University Press, p. 157, 1967.

请按如下方式引用

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

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