星形線

星形線

星形線的周長為6*a,它所包圍的面積為(3*PI*a^2)/8. 它與x軸圍成的區域繞x軸鏇轉而成的鏇轉體表面積為(12*Pi* a^2)/5,體積為(32*PI*a^3)/105。

基本信息

方程

直角坐標方程:x^(2/3)+y^(2/3)=a^(2/3)
參數方程:x=a*(cost)^3,y=a*(sint)^3 (t為參數)

性質

星形線星形線

最先對星形線進行研究是JohannBernouli。星形線由於有四個尖端,所以有時也被稱為四尖內擺線(tetracuspid)。星形線於1836年被正式定名,首次出現在正式出版的圖書(出版於維也納)中。星形線還有許多有趣的名稱:cubocycloid和paracycle。
星形線的周長為6*a,它所包圍的面積為3*PI*a^2/8.它與x軸圍成的區域繞x軸鏇轉而成的鏇轉體體積為32*PI*a^3/105.
若星形線上某一點切線為T,則其斜率為tan(p),其中p為極坐標中的參數。相應的切線方程為
T:x*sin(p)+y*cos(p)=a*sin(2p)/2。
如果切線T分別交x、y軸於點x(X,0)、y(0,Y),則線段xy恆為常數,且為a。
星形線是由半徑為a/4的圓在半徑為a的內側轉動形成的。
在第一象限,星形線也可由靠在Y軸上一個線段在重力作用下掃過的圖形
(陰影里的另一個弧是圓的一部分以做對比)

套用

星形線與汽車門
我們知道,世界上有許多偉大的建築,門的設計也是建築家特別注意的。但是,最普通的門只有兩種:完整一扇和對開的兩扇。普通的房門是完整的一扇,一般的校門是對開的兩扇,而公共汽車的門不但是對開的兩扇,而且每一扇都由相同的兩半用鉸鏈鉸接而成。開門關門時,以靠近門軸的半扇繞著門軸鏇轉,另半扇的外端沿著連線兩個門軸的滑槽滑動,開門時一扇門折攏成為半扇,關門時又重新伸展成一扇。公共汽車的這個特殊門是根據星形線設計製造的。
星形線像夜空中光芒四射的星星,因此得名。在紙上任意作若干條長度為R的線段,使它們的兩端分別在x軸和y軸上,然後在每一象限里畫一段光滑的曲線弧,使它們與這些線段相切,這樣一條星形線就畫出來了。由畫圖過程可以看出,星形線是由一組直線包絡構成的。
一扇摺疊式的公共汽車車門可以表示成平面形式,其中O是門軸,OB為滑槽。在車門開閉過程中,定長BC的兩端分別沿x軸和y軸滑動,因此可得到一條星形線,但由於車門只是在第一象限活動,所以一扇車門實際活動的過程如上圖的形狀,它是由圓弧MN和星形線弧NP構成。也就是說這扇車門活動的範圍,由扇形OMN的面積、三角形ONQ的面積與星形線弧所組成的曲邊三角形面積的和所組成。根據計算,它的總面積為 。而一扇寬度為2a的普通車門開關的過程形成一條以2a為半徑的 圓弧,它的面積為 。因此一扇摺疊式車門所占的地方只占普通車門的 ,大大節約了空間,使車輛能載更多的乘客。

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