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  ※071.星形线

  罗默(Ole Christensen Romer,1644—1710)

  1674年

  这是用艺术手法呈现许多椭圆“外廓包络线”所产生的星形线(就几何学而言,许多曲线的包络线,其定义就是一条与每条曲线都相切于一点的外廓曲线)。

  蔓叶线(约公元前180年),心脏线(1637年),奈尔类立方拋物线的长度(1657年),勒洛三角形(1875年)及超级椭圆蛋(约1965年)

  星形线是一个具有四个歧点的曲线,只要大圆的直径是小圆的四倍,并追踪像齿轮般沿着大圆圆周内部滚动的小圆圆周上某一定点轨迹,就能描绘出星形线。各路学有专精的数学家都想找出星形线的奇异特性,使得星形线声名大噪。丹麦天文学家罗默在1674年为了找出更有用的齿轮齿外形,开始针对星形线进行研究,之后,包括瑞士数学家约翰·伯努利在1691年、德国数学家莱布尼兹在1715年、法国数学家达朗伯特在1748年都曾醉心研究过星形线。

  星形线的方程式写成x+y2/3=R2/3,其中R是固定外大圆的半径,R/4就是在内部滚动的小圆半径。星形线的弧长是6R,面积是3πR2/8,有趣的是,虽然产生星形线的方式跟圆脱不了关系,但是,星形线周长6R却跟圆周率π一点关系也没有。

  数学家丹尼尔·伯努利在1725年发现,如果在固定的大圆内部滚动一个直径只有大圆本身3/4的小圆时,同样也可以画出星形线;换句话说,画出来的图形就跟滚动另一个更小、直径只有固定大圆1/4的小圆一样。

  物理学上的斯通纳—沃法尔斯星形线被用来描述能量与磁学的诸多特征;美国专利编号第4987984号叙述星形线在机械滚动离合器上的运用方式:“星形线分散压力的效果跟相对应的圆弧曲线一样好,可是却可以减少凸轮材料的使用,提供更坚强的结构。”

  值得注意的是,星形线所有延伸出去到与x轴或y轴相交的切线,其长度通通一样;你可以在脑海中想象用各种角度把梯子靠在墙壁上的画面,这也是一种画出部分星形线的方法。 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现

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