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奇妙的曲线

 昵称4666608 2010-11-23

     曲线,以其活泼变化的外形惹人喜爱,耐人寻味。而螺线(被誉为生命之线)具有曲率半径由小到大的有趣渐变,反复盘绕是最有韵律的形式之一。在欧洲巴罗克建筑风格时期,备受青睐,事实上,它的装饰风格的巨大活力也为那些艺术增添了光彩。
1. 黄金矩形序列螺形线
    黄金矩形依次舍去所作的正方形,得到不断缩小的黄金矩形序列。图49-1是分别以各正方形靠“里”的一个顶点为圆心,以正方形的边长为半径,所作1/4圆弧所连成的曲线,可知是一条螺形线。
2. 对数螺线
    常记为 表示螺线上的点到心的距离。

3. 圆的渐伸线
    将绕在圆上的绳线定住一点,再将绳拉紧伸开,则铅笔所画出的曲线,称圆的渐伸线。圆的渐伸线常用于斜齿轮面的形状,以便有很好的齿合。可见只有数学才能这样深刻地揭示螺线的美妙。


4. 旋轮线(摆线)
    当圆轮沿一直线滚动时,圆轮上一点的轨迹是旋轮线,或称摆线。这是一类考虑人类智力的曲线。伽利略定律指出,摆线的一个拱弧和它的底所围的面积等于母圆面积的3倍;1658年,英国建筑师兼数学家连斯,论证了摆线一拱之长等于母圆半径的8倍。我们欣赏摆线,不仅在其“秀外”,尤其在于其“慧中”。

 

5. 星形线
    动圆绕定圆滚动,动圆上一点的轨迹称为外摆线或内摆线。当定圆半径是动圆半径的整数倍时,曲线是完整的。当定圆半径和动圆半径相等时,描出的是心脏线。当动圆在定圆内侧滚动,而半径为后者的n分之一时,描出的是具有n个尖点的内摆线。当n=4时,又叫星形线。
当n为分数时,要多滚几圈才能使曲线闭合。当n为无理数时,则永不闭合(理论上的说法)。现在有一种塑料制的万花曲线板,就是依上述各种情况设计的,能画出各种摆线。一些钞票、有价证券也印有复杂的此类花纹,以防伪造。摆线的渐伸线和渐屈线相似。若将凹成摆线作成滑冰道面,则滑冰者不论从何点出发,则都花费的时同样的时间可降到谷底,所有这种曲线又叫做“等时曲线”。

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