蚶线Limaçon
曲线族 r = b + a·cos θ:随 b 增大,从带内环的蜗形经过心脏线,一路变形到凸卵形。
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公式与关键数值
- 极坐标方程
- 面积 · b ≥ a
图中 a = 1;b 让它从带内环(b < a)经过心脏线(b = a)变成凸曲线(b ≥ 2a)。
01 · 定义
什么是蚶线?
蚶线(limaçon,法语"蜗牛")是极坐标曲线族 r = b + a·cos θ,17 世纪初由 Étienne Pascal(布莱兹·帕斯卡的父亲)研究。几何上,它是刚性固定在滚动圆上的一点画出的轨迹——滚动圆绕等大的定圆转动,而该点不必在圆周上。
一个滑杆讲完整个故事。取 a = 1:b < 1 时半径出现负值,曲线自交形成内环;b = 1 时内环收缩为心脏线的尖点;1 < b < 2 时是带凹陷的形状;b ≥ 2 后变成凸卵形。它是"一个常数如何重塑极坐标图像"的标准示例。
02 · 性质
关键性质
- b < a:出现内环(半径变号);b = a:退化为心脏线。
- a < b < 2a:带凹陷的蚶线;b ≥ 2a:凸形。
- b ≥ a 时围成面积为 π(b² + a²/2)。
- 它是圆关于圆周上一点的蚌线(conchoid)。
- 内环情形是"内外环之间面积"积分的经典练习题。
03 · 问答
关于蚶线的常见问题
- 蚶线的方程是什么?
- 极坐标方程:r = b + a cos θ。图中 a = 1;b 让它从带内环(b < a)经过心脏线(b = a)变成凸曲线(b ≥ 2a)。
- 蚶线的面积是多少?
- 面积(b ≥ a):A = π(b^2 + (a^2)/2)。图中 a = 1;b 让它从带内环(b < a)经过心脏线(b = a)变成凸曲线(b ≥ 2a)。
04 · 继续探索