
cycloidal
cycloid
【電】 cycloid
擺線(Cycloid)是幾何學中描述圓形物體在平面上無滑動滾動時,圓周上某固定點形成的軌迹曲線。該術語在漢英詞典中對應英文"cycloid",源自希臘語"kuklos"(圓)與"eidos"(形狀)的組合。其數學定義為:當半徑為(r)的圓沿x軸滾動時,初始位置在原點處的圓周點P的軌迹滿足參數方程: $$ x = r(theta - sintheta) y = r(1 - costheta) $$ 這一經典曲線具有等時性(tautochrone property)和最速降線(brachistochrone curve)特性,被應用于鐘擺設計、過山車軌道建模等物理領域。根據《數學名詞》第三版(科學出版社,2019),擺線屬于旋輪線(roulette)的特殊形式,當滾動圓位于直線外側時為普通擺線,若沿另一圓外側滾動則形成外擺線(epicycloid)。美國數學學會(AMS)将其歸類為超越曲線,因參數方程無法表示為有限次代數方程組合。
參考資料:
擺線是幾何學中的一種重要曲線,指一個圓沿直線無滑動滾動時,其圓周上某固定點的運動軌迹,又稱“旋輪線”。以下是詳細解釋:
當半徑為(a)的圓在直線上滾動時,圓上定點形成的軌迹方程為: $$ begin{cases} x = a(varphi - sinvarphi) y = a(1 - cosvarphi) end{cases} $$ 其中(varphi)為圓心轉過的角度(弧度)。
擺線在物理學(如最速降線問題)、工程學(齒輪設計)和數學分析中均有重要應用。例如,擺線是“等時曲線”,即物體僅受重力沿擺線下滑時,到達底部的時間與起點無關。
如需進一步了解擺線的推導或變體,可參考數學教材或幾何學專著。
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