Астроида

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Астроида

Астро́ида (от греч. αστρονзвезда и ειδοςвид, то есть звездообразная)[1]плоская кривая, описываемая точкой окружности радиуса , катящейся по внутренней стороне окружности радиуса . Иначе говоря, астроида — это гипоциклоида с модулем .

История

Название кривой в форме «Astrois» предложил австрийский астроном Йозеф Иоганн фон Литров в 1838 г.[2][3][1]

Уравнения

Уравнение в декартовых прямоугольных координатах:

Параметрическое уравнение:[4]

Подерное уравнение[5]:

Астроида также является алгебраической кривой 1 рода (и шестого порядка). Уравнение в алгебраическом виде:

Свойства

Астроида как огибающая
Вытянутая астроида как эволюта эллипса
Эволюта астроиды
  • Имеются четыре каспа.
  • Длина дуги от точки с 0 до
  • Длина всей кривой .
  • Радиус кривизны:
  • Площадь, ограниченная кривой:
  • Объём тела вращения относительно любой координатной оси:
  • Астроида является огибающей семейства отрезков постоянной длины, концы которых расположены на двух взаимно перпендикулярных прямых[1].
  • Эволюта астроиды подобна ей, но вдвое больше неё и повёрнута относительно неё на 45°.
  • Астроида (вытянутая вдоль оси) является эволютой эллипса[1]. В этом случае параметрическое выражение имеет вид:
Это выражение полезно при вычислении площадей элементов фигуры.

Примечания

  1. 1 2 3 4 Александрова, 2008, с. 17.
  2. J. J. v. Littrow. §99. Die Astrois // Kurze Anleitung zur gesammten Mathematik. — Wien, 1838. — P. 299.
  3. Loria, Gino. Spezielle algebraische und transscendente ebene kurven. Theorie und Geschichte. — Leipzig, 1902. — P. 224.
  4. Уравнение в прямоугольных координатах следует из параметрического уравнения и основного тригонометрического тождества. Вывод параметрического уравнения такой. Возьмём уравнение гипоциклоиды, подставим k=4. Синус/косинус тройного угла разложим по формуле синуса/косинуса суммы, то же для синуса/косинуса двойного угла. Учтём R=4r и получим наши уравнения.
  5. Lawrence J. D. A Catalog of Special Plane Curves, 1972, 1.1. Coordinate Systems, p. 4.

Литература

  • Савёлов А. А. Плоские кривые: Систематика, свойства, применения. М.: Физматгиз, 1960. 293 с. Переиздана в 2002 году, ISBN 5-93972-125-7.
  • Александрова Н. В. История математических терминов, понятий, обозначений: Словарь-справочник. — 3-е изд., испр. — М.: ЛКИ, 2008. — 248 с. — ISBN 978-5-382-00839-4.
  • Lawrence J. D. A Catalog of Special Plane Curves. New York: Dover Publications, Inc., 1972. 218 p.