有趣的曲线

目录

一,爱情方程

二,滚线

三,螺线

1,平面螺线

(0)夹角

(1)阿基米德螺线

(2)双曲螺线

(3)对数螺线(等角螺线)

(4)黄金螺线

(5)斐波那契螺线

(6)欧拉螺线

(7)费马螺线

(8)连锁螺线

(9)else

2,螺旋线


一,爱情方程

二,滚线

三,螺线

螺线(Spiral),指任何一种围绕一个中心点(平面螺线)或一条轴旋转(立体螺线,即螺旋线),同时又逐渐远离的动点的轨迹。

1,平面螺线

典型的平面螺线有阿基米德螺线、对数螺线、双曲螺线等。

(0)夹角

螺线夹角:

夹角计算:

 

 这里的等于都是极限相等。

(1)阿基米德螺线

曲线方程:r=a+b\theta

性质:任意一条向径被阿基米德螺线切割成间距均为2πb的线段。

应用:螺旋扬水器、阿基米德螺旋泵

生活中的近似物体:蚊香

(2)双曲螺线

曲线方程:r = a/ \theta

性质一:不存在周期,当r趋于无限大时,曲线趋于直线y=a

性质二:两个分支左右对称

(3)对数螺线(等角螺线)

对数螺线又叫等角螺线、生长螺线、伯努利螺线。

曲线方程:r=ae^{b\theta}

性质一:夹角A=arccot b,经过原点的任意直线和螺线的夹角都是定值A,以原点为圆心的任意圆和螺线的夹角都是定值π/2 - A。

性质二:等角螺线是自我相似的

性质三:由任意点出发沿等角螺线走到原点需绕原点转无限次。

生活中的近似物体:鹦鹉螺的贝壳

鹰接近猎物的轨迹、昆虫接近光源的轨迹、旋涡星系的旋臂

头发甩出来的水

植物的堆积

生长系数:

r_1=ae^{b\theta},r2=ae^{b(\theta+\frac{\pi}{2})}

r_2/r_1=e^{b\pi/2}

即每过半圈,r就扩大e^{b\pi/2}倍,这个叫生长系数

(4)黄金螺线

黄金螺线是生长螺线的一种。

黄金螺线的生长系数是e^{b\pi/2}等于黄金比例1.618

 生活中的近似物体:

向日葵

(5)斐波那契螺线

斐波那契螺线没有具体的曲线方程,只是一种用斐波那契数列代替黄金比例的实数计算的方法,即斐波那契螺线是黄金螺线的近似。

import turtle #引入绘图函数
a, b = 0, 1
while a < 1000:
    turtle.circle(a, 90) #以a为半径画1/4圆
    a, b = b, a+b

(6)欧拉螺线

曲线方程:

 生活中的近似物体:老鼠的胡须

(7)费马螺线

曲线方程:r=a\sqrt \theta

直角坐标方程:\frac {y}{x}=\tan \begin{pmatrix} \frac {x^{2}+y^{2}}{a^{2}} \end{pmatrix}

性质一:夹角A=2θ

性质二:同一扇形被分割的面积相等。

三个区域的面积都等于a^2\pi\delta,其中\delta是扇形角度。

(8)连锁螺线

曲线方程:r^2\theta=a

曲线趋近于x轴

(9)else

https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_spirals

https://en.wikipedia.org/wiki/Patterns_in_nature#Spirals

2,螺旋线

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