CurvG
螺线

阿基米德螺线Archimedean Spiral

等距螺线 r = a + bθ,相邻两圈的间距恒等于 2πb。

调节参数

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公式与关键数值

极坐标方程
r=a+bθr = a + b\theta
相邻两圈的间距图中 ≈ 1.005
2πb2\pi b
弧长 · 从 0 到 θ,a = 0图中 ≈ 50.89
L=b2[θ1+θ2+ln⁡ ⁣(θ+1+θ2)]L = \frac{b}{2}\left[\theta\sqrt{1+\theta^2} + \ln\!\left(\theta + \sqrt{1+\theta^2}\right)\right]
面积 · 第一圈,a = 0图中 ≈ 1.058
A=43π3b2A = \frac{4}{3}\pi^3 b^2

a 是起始半径(图中 a = 0),b 决定相邻两圈的间距。

讲解视频

把阿基米德螺线做成讲解视频

带着图中的参数打开视频模板。片中每个数都在渲染前算好,可选横屏或竖屏。

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01 · 定义

什么是阿基米德螺线?

阿基米德螺线 r = a + bθ 以恒定速度向外生长:每转一整圈,半径恰好增加 2πb,因此圈与圈之间的距离永远相同。阿基米德在公元前 225 年左右的《论螺线》中系统研究了它,并用它完成化圆为方与三等分角——这两件事仅靠尺规是不可能的。

正因为圈距均匀,它是"缠绕起来的实物"的螺线:卷纸、黑胶唱片纹路、钟表发条,以及许多空调里的涡旋压缩机。

02 · 性质

关键性质

  1. 相邻两圈之间的距离恒为 2πb。
  2. 从原点出发的任意射线与各圈的交点等距分布——这是它的定义性质。
  3. 对 r = bθ,从 0 到 θ 的弧长为 (b/2)[θ√(1+θ²) + ln(θ + √(1+θ²))]。
  4. r = bθ 第一圈扫过的面积是外接圆的三分之一——这是阿基米德本人的结果。
  5. 极坐标切线角随 θ 增大,离中心越远,螺线越接近圆。

03 · 问答

关于阿基米德螺线的常见问题

阿基米德螺线的方程是什么?
极坐标方程:r = a + bθ。a 是起始半径(图中 a = 0),b 决定相邻两圈的间距。
阿基米德螺线的弧长是多少?
弧长(从 0 到 θ,a = 0):L = (b/2)[θ√(1+θ^2) + ln(θ + √(1+θ^2))]。a 是起始半径(图中 a = 0),b 决定相邻两圈的间距。
阿基米德螺线的面积是多少?
面积(第一圈,a = 0):A = (4/3)π^3 b^2。a 是起始半径(图中 a = 0),b 决定相邻两圈的间距。

04 · 奇观

在数学奇观里看它

05 · 继续探索