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通过反演变换构造常见曲线

2022-09-12 01:01 作者:圣光-猎手  | 我要投稿

首先了解一下反演变换,

通俗来说,就是作一圆O,其半径为r,在平面上任取一点A,再取一点A' ,满足① O,A,A'三点共线②向量OA与向量OA'的数量积等于r²。

这样称O为反演中心,r²为反演幂,A'为A的反演像。(A与A'关于圆O互为反演点)

直线


1.经过反演中心的直线上的所有点反演之后,依然在原直线上。(证明略)


2.不经过反演中心的直线(下图的实线)上的所有点反演之后,都在一个经过反演中心的圆上。(证明如下)

过O点作直线(实线)的垂线,垂足为H,过A'作AO的垂线交OH于点E。

所以△OA'E∽△OHA

所以OA'/OE=OH/OA

所以OE*OH=OA*OA'=r²

所以E为定点

因为角OA'E为直角

所以A'在以OE为直径的圆上

(代数证明亦可)


二次曲线

1.等轴双曲线

   以实轴为直径作圆,以该圆作为基圆将双曲线上的所有点反演,其组成一条伯努利双纽线。

伯努利双纽线(无穷大符号)
伯努利双纽线

上述两者均为伯努利双纽线(代数证明较为繁琐,此处省略)


2.抛物线

   ①以焦点为圆心,作圆,以该圆为基圆将抛物线上的所有点反演,其组成一条心形线

   ②以顶点为圆心,作圆,以该圆为基圆将抛物线上的所有点反演,其组成一条蔓叶线

心形线
蔓叶线

(代数证明较为繁琐,此处省略)



P.S.

我在圆中偶然发现,

取一圆O,在圆O上取两点AB,其中A为定点B为动点,M为AB中点,过M做OB的垂线,其垂足为H点。点H的轨迹也是一条心形线。

其实还没完,当我以将M点以H为对称中心对称之后,它的轨迹我估计是阿基米德螺线(等速螺线),关于是否是阿基米德螺线,我并不确信。


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