CurvG
极坐标曲线

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
r=b+acos⁡θr = b + a\cos\theta
面积 · b ≥ a
A=π(b2+a22)A = \pi\left(b^2 + \frac{a^2}{2}\right)

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)。

讲解视频

把蚶线做成讲解视频

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

  1. b < a:出现内环(半径变号);b = a:退化为心脏线。
  2. a < b < 2a:带凹陷的蚶线;b ≥ 2a:凸形。
  3. b ≥ a 时围成面积为 π(b² + a²/2)。
  4. 它是圆关于圆周上一点的蚌线(conchoid)。
  5. 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