超椭圆Superellipse
Lamé 曲线 |x/a|ⁿ + |y/b|ⁿ = 1,在椭圆与矩形之间连续过渡——"方圆形"的几何。
调节参数
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公式与关键数值
- 直角坐标方程
- 参数方程
- 面积图中 ≈ 4.635
a、b 是半轴长(图中 b = 1),n 是指数;n = 2 时就是椭圆。
01 · 定义
什么是超椭圆?
Lamé 在 1818 年解放了椭圆方程的指数,得到 |x/a|ⁿ + |y/b|ⁿ = 1。n = 2 是普通椭圆;n 增大时,边越来越平,逼近矩形;n 小于 1 时,边向内凹陷,到 n = 2/3(且 a = b)时成为四角星——星形线。
丹麦设计师 Piet Hein 在 1959 年让 n = 2.5 名声大噪:他用它设计了斯德哥尔摩市中心的 Sergels Torg 环岛,理由是它调和了机械的矩形与有机的椭圆。n ≈ 4 附近的"方圆形"(squircle)如今勾勒着桌面、体育场,以及你手机上的圆角图标。
02 · 性质
关键性质
- n = 2:椭圆;n = 1:菱形;n → ∞:矩形;n = 2/3 且 a = b:星形线。
- 参数化:x = a·sgn(cos t)|cos t|^(2/n),y = b·sgn(sin t)|sin t|^(2/n)。
- 面积涉及 Γ 函数:4ab·Γ(1+1/n)²/Γ(1+2/n)。
- 关于两条坐标轴对称;n ≥ 1 时是凸的。
- Piet Hein 的"超级蛋"——超椭圆的旋转体——能稳稳立在端点上。
03 · 问答
关于超椭圆的常见问题
- 超椭圆的方程是什么?
- 直角坐标方程:|x/a|^n + |y/b|^n = 1;参数方程:x = a sgn(cos t) |cos t|^(2/n),y = b sgn(sin t) |sin t|^(2/n)。a、b 是半轴长(图中 b = 1),n 是指数;n = 2 时就是椭圆。
- 超椭圆的面积是多少?
- 面积:A = 4ab (Γ(1 + 1/n)^2)/(Γ(1 + 2/n))。a、b 是半轴长(图中 b = 1),n 是指数;n = 2 时就是椭圆。
04 · 继续探索