
擺線(Cycloid)是幾何學中描述質點沿規則運動軌迹形成的特殊曲線。根據《數學百科全書》定義,當半徑為r的圓沿直線無滑動滾動時,圓周上某定點P劃出的軌迹即為标準擺線,其參數方程為: $$ x = r(theta - sintheta) y = r(1 - costheta) $$ 該曲線具有等時性和最速降線特性,在物理學鐘擺實驗和工程學齒輪設計中均有應用。英國數學家克裡斯托弗·雷恩于17世紀首次計算了其弧長,而伽利略·伽利萊最早提出擺線的命名(來源:Cambridge Dictionary of Mathematics)。
當前國際學術領域主要采用"cycloid"作為标準英文術語,其詞源可追溯至希臘語κύκλος(圓形)與ειδές(路徑)。牛津大學數學史檔案顯示,布萊茲·帕斯卡和克裡斯托弗·惠更斯分别于1658年和1673年完善了該曲線的動力學研究。
擺線是幾何學中的一種重要曲線,具有獨特的數學性質和應用價值。以下是綜合多個來源的詳細解釋:
擺線(Cycloid)又稱“旋輪線”,指一個圓沿直線作無滑動滾動時,圓周上某固定點所描繪的軌迹。例如,自行車輪上的泥點在平直路面滾動時形成的曲線即為擺線。
以滾動圓半徑$a$為參數,擺線的直角坐标系方程為: $$ x = a(phi - sinphi) y = a(1 - cosphi) $$ 其中$phi$為滾動圓轉過的角度(弧度)。
擺線理論廣泛應用于齒輪設計(如鐘表擺輪)、機械工程中的凸輪輪廓,以及物理學中的最優化路徑問題。其參數方程形式也為極坐标轉換和微積分研究提供了經典案例。
提示:如需更詳細的數學推導或曆史背景,可參考高等數學教材或幾何學專著。
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