Cicloid
Cicloid (din grecescul κυκλοειδής „rotund”) - o curbă transcendentală plată .
O cicloidă este definită cinematic ca traiectoria unui punct fix al unui cerc generator (de rază ) care se rostogolește fără alunecare de-a lungul unei linii drepte .
![r](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0d1ecb613aa2984f0576f70f86650b7c2a132538)
Ecuații
Să luăm axa de coordonate orizontală ca o linie dreaptă de-a lungul căreia se rotește cercul generator de rază . Cicloidul este descris ca:
![r](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0d1ecb613aa2984f0576f70f86650b7c2a132538)
Proprietăți
- Cicloidul este o funcție periodică de-a lungul abscisei, cu o perioadă . Este convenabil să luăm puncte singulare (puncte cusp ) de forma , unde este un întreg arbitrar, pentru limitele perioadei.
![2\pi r](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/71e811131a9c6c5f45e6657e0fc506e7e2a37f06)
![t=2\pi k](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/372b9666232dc3ff4df062ccdde36edd0f4bdfe0)
![k](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c3c9a2c7b599b37105512c5d570edc034056dd40)
- Pentru a desena o tangentă la cicloidă în punctul său arbitrar A , este suficient să conectați acest punct cu punctul de sus al cercului generator. Conectând A la punctul cel mai de jos al cercului generator, obținem normalul .
- Lungimea arcului cicloid este de . Această proprietate a fost descoperită de Christopher Wren ( 1658 ). Dependenţa lungimii (s) arcului cicloid de parametrul t este următoarea [1] : .
![8r](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d8dcfa16125a9636e338b236833257b608bcba43)
![{\displaystyle s(t)=4r(1-\cos {t \over 2})}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0416889e606ecc008a328f8498a1440ea51bc1fa)
- Suprafața de sub fiecare arcade a cicloidului este de trei ori mai mare decât aria cercului generator. Torricelli a spus că Galileo a descoperit acest fapt experimental: a comparat greutatea plăcilor cu un cerc și cu un arc de cicloid. [2] Din punct de vedere matematic, acest fapt a fost dovedit pentru prima dată de Roberval în jurul anului 1634 folosind metoda indivizibililor .
- Raza de curbură a primului arc al cicloidei este .
![4r\sin {\frac {t}{2}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/69379c835586697ebdb40566a05846281ae978b4)
- Un cicloid „inversat” este o curbă cu cea mai abruptă coborâre ( un brahistocron ). Mai mult, are și proprietatea tautocronismului : un corp greu plasat în orice punct al arcului cicloid ajunge în același timp pe orizontală.
- Perioada de oscilație a unui punct material , alunecând de-a lungul unui cicloid inversat, nu depinde de amplitudine . (Consecința imediată a tautocronismului).
- Evoluția unui cicloid este o cicloidă congruentă cu cea inițială și deplasată paralel cu cea originală, astfel încât vârfurile să se transforme în „ puncte ”.
- Părțile de mașină care realizează simultan mișcare uniformă de rotație și translație descriu curbele cicloidale: cicloid , epicicloid, hipocicloid , trohoid , astroid ( cf. construcția lemniscatei lui Bernoulli ).
Contur istoric
Primii oameni de știință care au acordat atenție cicloidă au fost Nicolae de Cusa în secolul al XV-lea și Charles de Beauvel în lucrarea din 1501. Dar studiul serios al acestei curbe a început abia în secolul al XVII-lea .
Numele de cicloid a fost inventat de Galileo (în Franța această curbă a fost numită pentru prima dată ruleta ). Un studiu semnificativ al cicloidă a fost efectuat de un contemporan cu Galileo Mersenne . Dintre curbele transcendentale (adică curbele a căror ecuație nu poate fi scrisă ca polinom în ), cicloida este prima studiată.
![X y](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5ea0abffd33a692ded22accc104515a032851dff)
Pascal a scris despre cicloidă [3] [4] :
Ruleta este o linie atât de comună încât după linie dreaptă și cerc nu mai există o linie comună; este desenat atât de des în fața ochilor tuturor, încât trebuie să fii surprins că anticii nu l-au luat în considerare... pentru că aceasta nu este altceva decât o cale descrisă în aer de un cui de roată...
Textul original (fr.)
[ arataascunde]
La Roulette est une ligne si commune, qu'apres la droitte, & la circulaire, il n'y en a point de si frequente; Et elle se descrie si fouuent aux yeux de tout le monde, qu'il ya lieu de s'estonner qu'elle n'ait point esté considerat par les anciens, dans lesquels on n'en trouue rien : Car ce n'est autre a ales que le chemin que fait en l'air, le clou d'une rouë...
Noua curbă a câștigat rapid popularitate și a fost supusă unei analize profunde, la care au participat Descartes , Fermat , Newton , Leibniz , frații Jacob și Johann Bernoulli și alți luminari ai științei din secolele XVII-XVIII. Pe cicloidă, metodele de analiză matematică care au apărut în acei ani au fost perfecționate activ .
Faptul că studiul analitic al cicloidei s-a dovedit a fi la fel de reușit ca și analiza curbelor algebrice a făcut o mare impresie și a devenit un argument important în favoarea „egalizării drepturilor” curbelor algebrice și transcendentale.
Vezi și
Note
- ↑ Arkhipov G.I. , Sadovnichiy V.A. , Chubarikov V.N. Prelegeri de analiză matematică / Ed. V. A. Sadovnichy. - Ed. a II-a. - M . : Şcoala superioară , 2000. - S. 261. - 695 p. - 8000 de exemplare. — ISBN 5-06-003955-2 .
- ↑ Alexandrova N. V. Istoria termenilor matematici, concepte, notație: Dicționar-carte de referință, ed. al 3-lea . - Sankt Petersburg. : LKI, 2008. - S. 213 . — 248 p. - ISBN 978-5-382-00839-4 .
- ↑ Klyaus E. M., Pogrebyssky I. B. , Frankfurt W. I. Pascal. - M .: Nauka , 1971. - S. 191. - ( Literatură științifică și biografică ). — 10.000 de exemplare.
- ↑ Pascal, Blaise. Histoire de la roulette, appellée autrement la trochoïde, ou la cycloïde, où l'on rapporte par quels degrez on est arrivé à la connoissance de la nature de cette ligne . 10 octombrie 1658. P.1.
Literatură
- Berman G. N. Cicloid. M., Nauka, 1980, 112 p.
- Gindikin S. G. Povești despre fizicieni și matematicieni . - ediția a treia, extinsă. - M. : MTSNMO , 2001. - S. 126-165. — ISBN 5-900916-83-9 .
- Enciclopedie matematică (în 5 volume) . - M . : Enciclopedia Sovietică , 1982. - T. 5.
- Markushevich A. I. Remarkable Curves , Popular Lectures in Mathematics , Issue 4, Nauka 1978 , p. 32.
Link -uri