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卵形線
來源:互聯網

卵形線是一種類似于橢圓的平面曲線,但其形狀一頭大一頭小,具有一條對稱軸且曲線光滑封閉。卵形線包括勒內·笛卡爾卵形線和卡西尼卵形線兩種類型,它們在數學和光學領域都有重要應用。

笛卡爾卵形線

定義

給定兩定點F 、F',假定P點與F、F'的距離分別為r1與r2,若滿足方程:m*r1+n*r2=d,其中,m、n、d都是常數,則稱P點的軌跡為笛卡爾卵形線。當m=n時,為橢圓。在一般情況下,笛卡兒卵形線是四次曲線,它包括兩個沒有共同點的閉曲線,而且一個在另一個之內。在內的一個類似于橢圓,在外的一個可能是凸的,也可能有拐點

光學性質

勒內·笛卡爾(Descartes , R. )在《折光》里討論了這個曲線和它的折光性質,他成功地解決了什么樣的曲面作為兩種介質的交界面時,能使從第一種介質內一點發出的光線射到曲面上,折入第二種介質而聚于一點。他發現具有這個性質的旋轉面是由笛卡兒卵形線產生的。

選取適當的m、n值,可使通過點A的光線經折射后,全部通過點B。笛卡爾曾利用這個光學性質,選取笛卡兒卵形線作為透鏡的截面形狀,用來消除球面像差。

卡西尼卵形線

A,B是平面內兩個定點,(c是定長),平面內滿足(a是定長)的點M的軌跡稱為卡西尼卵形線。

方程

當時的卡西尼卵形線,是雙鈕線。

當時的卡西尼卵形線,是兩支曲線,隨著a值減小,分別向A,B收縮。

當時,不自交。

三次卵形線方程

卵形線是類似于橢圓,但是一頭大,一頭小,有一條對稱軸且光滑封閉的平面曲線。卵形線的對稱軸與大、小頭的兩個交點稱為卵形線的大端點和小端點,記為Q、P。卵形線上到其對稱軸距離最大的兩點稱為卵形線的對稱端點,記為S、T,線段QP、ST分別稱為卵形線的直徑和對稱直徑,卵形線的直徑與對稱直徑的交點稱為卵形線的卵心,記為O,線段OP,OQ,OS(或OT)分別稱為卵形線的長半徑、短半徑、對稱半徑,其長度分別記為a、b、c。長半徑、短半徑、對稱半徑稱為卵形線的三個特征參數。

已知卵形線的長、短、對稱半徑a、b、c這三個特征參數,在平面直角坐標系中,以卵形線的對稱軸作為x軸,x軸正向與卵形線小頭方向一致,卵形線的卵心作為坐標系原點。

參考資料 >

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