Talbot曲线

Tschirnhausen立方曲線 y 2 = x 3 + 3 x 2 . {\displaystyle y^{2}=x^{3}+3x^{2}.}

Talbot曲线也稱為切恩豪斯立方曲線,為一平面曲線極坐標方程式如下

r = a sec 3 ( θ / 3 ) . {\displaystyle r=a\sec ^{3}(\theta /3).}

歷史

埃伦弗里德·瓦尔特·冯·切恩豪斯紀堯姆·德·洛必達歐仁·查爾斯·加泰羅尼亞都曾研究此曲線。在R C Archibald於1900年發表的論文中將此稱為切恩豪斯立方曲線,不過也稱為洛必達立方曲線(de L'Hôpital's cubic)或加泰羅尼亞三等分角线(trisectrix of Catalan)。

其他方程式

t = tan ( θ / 3 ) {\displaystyle t=\tan(\theta /3)} ,再應用棣莫弗公式可得

x = a cos θ sec 3 θ 3 = a ( cos 3 θ 3 3 cos θ 3 sin 2 θ 3 ) sec 3 θ 3 {\displaystyle x=a\cos \theta \sec ^{3}{\frac {\theta }{3}}=a(\cos ^{3}{\frac {\theta }{3}}-3\cos {\frac {\theta }{3}}\sin ^{2}{\frac {\theta }{3}})\sec ^{3}{\frac {\theta }{3}}}
= a ( 1 3 tan 2 θ 3 ) = a ( 1 3 t 2 ) {\displaystyle =a\left(1-3\tan ^{2}{\frac {\theta }{3}}\right)=a(1-3t^{2})}
y = a sin θ sec 3 θ 3 = a ( 3 cos 2 θ 3 sin θ 3 sin 3 θ 3 ) sec 3 θ 3 {\displaystyle y=a\sin \theta \sec ^{3}{\frac {\theta }{3}}=a\left(3\cos ^{2}{\frac {\theta }{3}}\sin {\frac {\theta }{3}}-\sin ^{3}{\frac {\theta }{3}}\right)\sec ^{3}{\frac {\theta }{3}}}
= a ( 3 tan θ 3 tan 3 θ 3 ) = a t ( 3 t 2 ) {\displaystyle =a\left(3\tan {\frac {\theta }{3}}-\tan ^{3}{\frac {\theta }{3}}\right)=at(3-t^{2})}

可以得到此曲線的參數式。參數t可以消去,得到以下方程式

27 a y 2 = ( a x ) ( 8 a + x ) 2 {\displaystyle 27ay^{2}=(a-x)(8a+x)^{2}} .

若此參數式水平平移8a,方程式會變成

x = 3 a ( 3 t 2 ) {\displaystyle x=3a(3-t^{2})}
y = a t ( 3 t 2 ) {\displaystyle y=at(3-t^{2})}

x 3 = 9 a ( x 2 3 y 2 ) {\displaystyle x^{3}=9a\left(x^{2}-3y^{2}\right)} .

因此可以得到另一個極坐標方程式

r = 9 a ( sec θ 3 sec θ tan 2 θ ) {\displaystyle r=9a\left(\sec \theta -3\sec \theta \tan ^{2}\theta \right)} .

參考資料

  • J. D. Lawrence, A Catalog of Special Plane Curves. New York: Dover, 1972, pp. 87-90.

外部連結

  • 埃里克·韦斯坦因. Tschirnhausen Cubic. MathWorld. 
  • "Tschirnhaus' Cubic" at MacTutor History of Mathematics Archive(页面存档备份,存于互联网档案馆
  • "Cubique de Tschirnhausen" at Encyclopédie des Formes Mathématiques Remarquables(页面存档备份,存于互联网档案馆) (in French)


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