ซิสซอยด์
เส้นโค้งC
เส้นโค้งC
โพลโอ
ในทางเรขาคณิต ซิ ส ซอยด์ ( ; มาจากภาษากรีกโบราณ κισσοειδής (kissoeidēs) ' รูปทรงคล้าย ไม้เลื้อย ' ) คือเส้นโค้งระนาบ ที่สร้างขึ้นจากเส้นโค้งสองเส้นที่กำหนดให้C , C และจุดO ( ขั้ว ) ให้L เป็นเส้นตรงที่เปลี่ยนแปลงได้ ผ่านจุดO และตัดกับC ที่ จุด P และC ที่จุด P ให้P เป็นจุดบนL โดยที่(จริงๆ แล้วมีจุดดังกล่าวสองจุด แต่เลือกP โดยให้ P อยู่ในทิศทางเดียวกับที่P อยู่ในทิศทางเดียวกับP 1 ดังนั้น โลคัสของจุดP ดังกล่าว จึงถูกนิยามว่าเป็นซิสซอยด์ของเส้นโค้งC , C เทียบกับ O โอ พี ¯ = พี 1 พี 2 ¯ . {\displaystyle {\overline {OP}}={\overline {P_{1}P_{2}}}.}
ผู้เขียนหลายคนใช้คำจำกัดความที่แตกต่างกันเล็กน้อย แต่โดยพื้นฐานแล้วมีความหมายเทียบเท่ากัน ตัวอย่างเช่นP อาจถูกกำหนดให้เป็นจุดที่ ซึ่งเทียบเท่ากับคำจำกัดความอื่นหากC ถูกแทนที่ด้วยภาพสะท้อน ผ่านO หรือP อาจถูกกำหนดให้เป็นจุดกึ่งกลางของP และP ซึ่งจะทำให้ได้เส้นโค้งที่เกิดจากเส้นโค้งก่อนหน้าโดยปรับขนาดด้วยปัจจัย 1/2 โอ พี ¯ = โอ พี 1 ¯ + โอ พี 2 ¯ . {\displaystyle {\overline {OP}}={\overline {OP_{1}}}+{\overline {OP_{2}}}.}
สมการ ถ้าC และC กำหนดในพิกัดเชิงขั้ว ด้วยและตามลำดับ สมการจะอธิบายซิสซอยด์ของC และC เทียบกับจุดกำเนิด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจุดหนึ่งอาจถูกแสดงได้หลายวิธีในพิกัดเชิงขั้ว จึงอาจมีสาขาอื่นของซิสซอยด์ที่มีสมการแตกต่างกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งC ยังกำหนดด้วย ดังนั้นซิสซอยด์จึงเป็นผลรวมของเส้นโค้งที่กำหนดโดยสมการ สามารถกำหนดได้เป็นรายบุคคลขึ้นอยู่กับคาบของf และf ซึ่งสามารถตัดสมการใดสมการหนึ่งออกได้เนื่องจากการซ้ำซ้อน ร = เอฟ 1 ( θ ) {\displaystyle r=f_{1}(\theta )} ร = เอฟ 2 ( θ ) {\displaystyle r=f_{2}(\theta )} ร = เอฟ 2 ( θ ) − เอฟ 1 ( θ ) {\displaystyle r=f_{2}(\theta )-f_{1}(\theta )} ร = − เอฟ 1 ( θ + π ) ร = − เอฟ 1 ( θ − π ) ร = เอฟ 1 ( θ + 2 π ) ร = เอฟ 1 ( θ − 2 π ) ⋮ {\displaystyle {\begin{aligned}&r=-f_{1}(\theta +\pi )\\&r=-f_{1}(\theta -\pi )\\&r=f_{1}(\theta +2\pi )\\&r=f_{1}(\theta -2\pi )\\&\qquad \qquad \vdots \end{aligned}}} ร = เอฟ 2 ( θ ) − เอฟ 1 ( θ ) ร = เอฟ 2 ( θ ) + เอฟ 1 ( θ + π ) ร = เอฟ 2 ( θ ) + เอฟ 1 ( θ − π ) ร = เอฟ 2 ( θ ) − เอฟ 1 ( θ + 2 π ) ร = เอฟ 2 ( θ ) − เอฟ 1 ( θ − 2 π ) ⋮ {\displaystyle {\begin{aligned}&r=f_{2}(\theta )-f_{1}(\theta )\\&r=f_{2}(\theta )+f_{1}(\theta +\pi )\\&r=f_{2}(\theta )+f_{1}(\theta -\pi )\\&r=f_{2}(\theta )-f_{1}(\theta +2\pi )\\&r=f_{2}(\theta )-f_{1}(\theta -2\pi )\\&\qquad \qquad \vdots \end{aligned}}}
วงรีสีแดง โดยมีกิ่งซิสซอยด์สองกิ่งสีดำและสีน้ำเงิน (จุดกำเนิด)ร = 1 2 − คอส θ {\displaystyle r={\frac {1}{2-\cos \theta }}} ตัวอย่างเช่น ให้C และC เป็นรูปวงรี กิ่งแรกของซิสซอยด์กำหนดโดย ซึ่งก็คือจุดกำเนิด รูปวงรีก็กำหนดโดย ดังนั้นกิ่งที่สองของซิสซอยด์กำหนดโดย ซึ่งเป็นเส้นโค้งรูปวงรี ร = 1 2 − คอส θ . {\displaystyle r={\frac {1}{2-\cos \theta }}.} ร = 1 2 − คอส θ − 1 2 − คอส θ = 0 , {\displaystyle r={\frac {1}{2-\cos \theta }}-{\frac {1}{2-\cos \theta }}=0,} ร = − 1 2 + คอส θ , {\displaystyle r={\frac {-1}{2+\cos \theta }},} ร = 1 2 − คอส θ + 1 2 + คอส θ {\displaystyle r={\frac {1}{2-\cos \theta }}+{\frac {1}{2+\cos \theta }}}
ถ้าC และC แต่ละตัว กำหนดโดยสมการพาราเมตริก แล้ว เส้นซิสซอยด์ที่สัมพันธ์กับจุดกำเนิดจะกำหนดโดย x = เอฟ 1 ( พี ) , y = พี x {\displaystyle x=f_{1}(p),\ y=px} x = เอฟ 2 ( พี ) , y = พี x , {\displaystyle x=f_{2}(p),\ y=px,} x = เอฟ 2 ( พี ) − เอฟ 1 ( พี ) , y = พี x . {\displaystyle x=f_{2}(p)-f_{1}(p),\ y=px.}
กรณีเฉพาะ เมื่อC เป็นวงกลมที่มีจุดศูนย์กลางO แล้ว ซิสซอยด์จะเป็นคอน คอยด์ ของC
เมื่อC1 และC2 เป็นเส้นตรงขนานกัน เส้นซิสซอยด์จะเป็นเส้นตรงที่สามซึ่งขนานกับเส้นตรงทั้งสองที่
ไฮเปอร์โบลา ให้C และC เป็นเส้นตรงสองเส้นที่ไม่ขนานกัน และให้O เป็นจุดกำเนิด ให้สมการเชิงขั้วของC และC เป็น และ โดยการหมุนด้วยมุมเราสามารถสมมติได้ว่าจากนั้น ซิสซอยด์ของC และC เทียบกับจุดกำเนิดคือ การรวมค่าคงที่ เข้าด้วยกันจะได้ ซึ่งในพิกัดคาร์ทีเซียนคือ นี่คือไฮเปอร์โบลาที่ผ่านจุดกำเนิด ดังนั้น ซิสซอยด์ของเส้นตรงสองเส้นที่ไม่ขนานกันคือไฮเปอร์โบลาที่มีขั้ว การพิสูจน์ในทำนองเดียวกันแสดงให้เห็นว่า ในทางกลับกัน ไฮเปอร์โบลาใดๆ ก็เป็นซิสซอยด์ของเส้นตรงสองเส้นที่ไม่ขนานกันเทียบกับจุดใดๆ บนไฮเปอร์โบลานั้น ร = เอ 1 คอส ( θ − α 1 ) {\displaystyle r={\frac {a_{1}}{\cos(\theta -\alpha _{1})}}} ร = เอ 2 คอส ( θ − α 2 ) . {\displaystyle r={\frac {a_{2}}{\cos(\theta -\alpha _{2})}}.} α 1 − α 2 2 , {\displaystyle {\tfrac {\alpha _{1}-\alpha _{2}}{2}},} α 1 = α , α 2 = − α . {\displaystyle \alpha _{1}=\alpha ,\ \alpha _{2}=-\alpha .} ร = เอ 2 คอส ( θ + α ) − เอ 1 คอส ( θ − α ) = เอ 2 คอส ( θ − α ) − เอ 1 คอส ( θ + α ) คอส ( θ + α ) คอส ( θ − α ) = ( เอ 2 คอส α − เอ 1 คอส α ) คอส θ − ( เอ 2 บาป α + เอ 1 บาป α ) บาป θ คอส 2 α คอส 2 θ − บาป 2 α บาป 2 θ . {\displaystyle {\begin{aligned}r&={\frac {a_{2}}{\cos(\theta +\alpha )}}-{\frac {a_{1}}{\cos(\theta -\alpha )}}\\&={\frac {a_{2}\cos(\theta -\alpha )-a_{1}\cos(\theta +\alpha )}{\cos(\theta +\alpha )\cos(\theta -\alpha )}}\\&={\frac {(a_{2}\cos \alpha -a_{1}\cos \alpha )\cos \theta -(a_{2}\sin \alpha +a_{1}\sin \alpha )\sin \theta }{\cos ^{2}\alpha \ \cos ^{2}\theta -\sin ^{2}\alpha \ \sin ^{2}\theta }}.\end{aligned}}} ร = ข คอส θ + ค บาป θ คอส 2 θ − ม 2 บาป 2 θ {\displaystyle r={\frac {b\cos \theta +c\sin \theta }{\cos ^{2}\theta -m^{2}\sin ^{2}\theta }}} x 2 − ม 2 y 2 = ข x + ค y . {\displaystyle x^{2}-m^{2}y^{2}=bx+cy.}
ซิสซอยด์ของซาห์ราดนิค ซิสซอยด์ของซาห์ราดนิค (ตั้งชื่อตามคาเรล ซาห์ราดนิค ) ถูกนิยามว่าเป็นซิสซอยด์ของภาคตัดกรวย และเส้นตรงที่สัมพันธ์กับจุดใดๆ บนภาคตัดกรวยนั้น นี่คือตระกูลกว้างๆ ของเส้นโค้งลูกบาศก์เชิงตรรกะ ซึ่งประกอบด้วยตัวอย่างที่รู้จักกันดีหลายตัวอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:
ไตรเซกทริกซ์ของแมคลาอริน ซึ่งกำหนดโดยคือ ซิสซอยด์ของวงกลมและเส้นตรงที่สัมพันธ์กับจุดกำเนิด2 x ( x 2 + y 2 ) = เอ ( 3 x 2 − y 2 ) {\displaystyle 2x(x^{2}+y^{2})=a(3x^{2}-y^{2})} ( x + เอ ) 2 + y 2 = เอ 2 {\displaystyle (x+a)^{2}+y^{2}=a^{2}} x = − เอ 2 {\displaystyle x=-{\tfrac {a}{2}}} เส้นสโทรฟอยด์ด้านขวา เป็นเส้นซิสซอยด์ของวงกลมและเส้นตรงที่สัมพันธ์กับจุดกำเนิดy 2 ( เอ + x ) = x 2 ( เอ − x ) {\displaystyle y^{2}(a+x)=x^{2}(ax)} ( x + เอ ) 2 + y 2 = เอ 2 {\displaystyle (x+a)^{2}+y^{2}=a^{2}} x = − เอ {\displaystyle x=-a} ภาพเคลื่อนไหวแสดงภาพซิสซอยด์ของไดโอเคลส เส้นซิสซอยด์ของไดโอเคลส คือเส้นซิสซอยด์ของวงกลมและเส้นตรงที่สัมพันธ์กับจุดกำเนิด อันที่จริงแล้ว นี่คือเส้นโค้งที่เป็นที่มาของชื่อตระกูลเส้นโค้งนี้ และผู้เขียนบางคนเรียกเส้นโค้งนี้ว่า ซิสซอยด์ เฉยๆx ( x 2 + y 2 ) + 2 เอ y 2 = 0 {\displaystyle x(x^{2}+y^{2})+2ay^{2}=0} ( x + เอ ) 2 + y 2 = เอ 2 {\displaystyle (x+a)^{2}+y^{2}=a^{2}} x = − 2 เอ {\displaystyle x=-2a} เส้นโค้งซิสซอยด์ของวงกลมและเส้นตรงโดยที่k เป็นพารามิเตอร์ เรียกว่า เส้นโค้งคอนคอยด์ของเดอ สลูซ (เส้นโค้งเหล่านี้ไม่ใช่คอนคอยด์จริงๆ) ตระกูลนี้รวมถึงตัวอย่างก่อนหน้านี้ด้วย( x + เอ ) 2 + y 2 = เอ 2 {\displaystyle (x+a)^{2}+y^{2}=a^{2}} x = เค เอ , {\displaystyle x=ka,} โฟเลียมของเดส์การ์ต คือซิสซอยด์ของวงรี และเส้นตรงที่สัมพันธ์กับจุดกำเนิด เพื่อให้เห็นภาพนี้ โปรดสังเกตว่าเส้นตรงสามารถเขียนได้เป็นและวงรีสามารถเขียนได้เป็นดังนั้นซิสซอยด์จึงกำหนดโดยซึ่งเป็นรูปแบบพาราเมตริกของโฟเลียมx 3 + y 3 = 3 a x y {\displaystyle x^{3}+y^{3}=3axy} x 2 − x y + y 2 = − a ( x + y ) {\displaystyle x^{2}-xy+y^{2}=-a(x+y)} x + y = − a {\displaystyle x+y=-a} x = − a 1 + p , y = p x {\displaystyle x=-{\frac {a}{1+p}},\ y=px} x = − a ( 1 + p ) 1 − p + p 2 , y = p x . {\displaystyle x=-{\frac {a(1+p)}{1-p+p^{2}}},\ y=px.} x = − a 1 + p + a ( 1 + p ) 1 − p + p 2 = 3 a p 1 + p 3 , y = p x {\displaystyle x=-{\frac {a}{1+p}}+{\frac {a(1+p)}{1-p+p^{2}}}={\frac {3ap}{1+p^{3}}},\ y=px}
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก