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包络曲线

(2011-01-09 15:45:53)
标签:

包络

数学

    数学上的包络是指特定的曲线簇包围形成的曲线或曲面。空间中的曲线簇是具有共同变化参数的一组曲线,拥有着共同的性质和相似的形状。形成的包络图型实际上是曲线簇的最“外围”构成的,因此包络曲线和曲线簇的任意成员均相切。

 

    求解包络线的方法是根据曲线相切得到方程组。对于显函数和隐函数,形式稍有不同,但是基本来源都是根据包络线与曲线簇在交点处相切得到:

 

        http://s6/middle/5d06e239g996524807bc5&690

 

  实例:


    考虑一个烟花爆炸的例子:在礼花发射后,上升到最高点 h 时爆炸。礼花爆炸初时碎片在各个方向的速度 v 相同,考察观察者看到的形状。在质心坐标系中,碎片沿着各个方向匀速运动,因此是一个不断膨胀的球体,并且膨胀速度相同;在地面参考系中看,质心作自由落体运动。因此整体运动应该是二者的叠加:


        http://s15/middle/5d06e239g75bd531c0d1e&690

方程实际上是一个球体方程,其中高度 y 是满足自由落体运动方程,而爆炸半径满足匀速递增方程。

 

http://s3/middle/5d06e239g9965357cc482&690

根据包络曲线的推导过程,得到碎片的最外围形成的并不是球体,而是抛物面:

 

        http://s8/middle/5d06e239gdfdf4d64a057&690

 

  直线簇: 

 

    抛物线:

        http://s9/middle/5d06e239g996b8eab37a8&690
    星形:
   
http://s14/middle/5d06e239g99655919825d&690
  如果以形成星形的直线中心为圆心,作圆通过圆点,形成的包络为:
 http://s11/middle/5d06e239g996559924d2a&690
    椭圆:

 http://s12/middle/5d06e239g996b6a47689b&690

    双曲线:

 http://s8/middle/5d06e239g996b71168817&690



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