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维维亚尼曲线


VivianisCurveIntersection

正如 Gray (1997, p. 201) 所定义,维维亚尼曲线,有时也称为维维亚尼窗,是半径为 a 且中心为 (a,0)圆柱体空间曲线的交线。

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

以及球体

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

中心为 (0,0,0) 且半径为 2a 的球体。 维维亚尼在 1692 年研究了这条曲线 (Teixeira 1908-1915, pp. 311-320; Struik 1988, pp. 10-11; Gray 1997, p. 201)。

VivianisCurve

直接求解 xy 作为 z 的函数,得到

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

这条曲线由参数方程给出

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

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

VivianisCurveSections

从参数方程可以立即看出,从正面、顶部和左侧观察曲线得到的分别是类似双纽线的曲线、抛物线段。 类似双纽线的图形具有参数方程

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

可以用笛卡尔坐标写成四次曲线

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

维维亚尼曲线的弧长

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

其中 E(k)第二类完全椭圆积分

维维亚尼曲线的弧长函数、曲率挠率由下式给出

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) 是不完全第二类椭圆积分


另请参阅

圆柱体, 圆柱体-球体交线, 魔鬼曲线, 双纽线, 球体, 斯坦梅茨立体

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参考文献

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.

请引用本文为

Weisstein, Eric W. “维维亚尼曲线。” 来自 MathWorld--Wolfram Web 资源。 https://mathworld.net.cn/VivianisCurve.html

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