Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Равноугольную спираль (рис.7) можно, определить как геометрическое место точек Р, движущихся и плоскости так, что касательная в точке Р образует постоянный угол а с радиус-вектором ОР, проведенным в точку Р из неподвижного полюса О. Дифференциальное исчисление позволяет легко и просто вывести уравнение логарифмической спирали. Наиболее естественно записывать его в полярных координатах (r, θ), в которых оно принимает изящный вид:

г = ае^{θ ctg a},

где е—фундаментальная постоянная, используемая как основание натуральных логарифмов, а а—значение г при θ == 0.

Одно из основных свойств равноугольной спирали мы получим, если обратимся к наиболее характерному свойству показательной функции e^х — соотношению e^p+q == е^ре^q.

Предположим, что точки Р, Q, R ... размещены на спирали через равные угловые промежутки (все углы QОР, RОQ, ... равны одной и той же величине β). Тогда OQ/ ОР == е^{β ctg a} == OR/OQ = ..., поэтому в треугольниках ОРQ, OQR, ... углы при вершине О равны и отношение сходственных сторон остается неизменно. По теореме из «Начал» Евклида все эти треугольники подобны. Следовательно, углы ОQР, ОRQ, ... равны. Пользуясь одним лишь этим свойством, можно доказать, что касательная в любой точке Р логарифмической спирали образует постоянный угол с радиус-вектором ОР.

Пусть Р и Q — любые две точки логарифмической спирали, причем ОР> OQ. Предположим, что в полюс О мы воткнули булавку и всю спираль можно поворачивать вокруг точки О. Если повернуть спираль так, чтобы прямая OQ совпала с прямой ОР, то растяжение спирали (полюс О остается неподвижным), переводящее точку Q в точку Р, отобразит каждую точку повернутой спирали на соответствующую точку исходной спирали.

А теперь перечислим некоторые свойства равноугольной спирали, столь глубоко поразивших Якоба Бернулли.

Если луч света, испущенный источником в точке О, отражается от равноугольной спирали в точке Р, то огибающей отраженных лучей, когда точка Р опишет всю кривую, будет спираль, в точности повторяющая исходную. Это означает, что каустикой равноугольной спирали служит такая же равноугольная спираль. В каждой точке равноугольной спирали существует перпендикуляр к касательной, называемый, как и в случае других кривых, нормалью. Огибающей нормалей также служит равноугольная спираль, совпадающая по форме с исходной спиралью. Подера равноугольной спирали относительно полюса 0 (то есть геометрическое место оснований перпендикуляров, опущенных из точки О на касательные к кривой) имеет форму исходной равноугольной спирали [20].

Существует вполне простой способ построения эволюты любой заданной кривой: нужно лишь туго навить на кривую нить, к концу которой прикреплен карандаш и, разматывая эту нить, следить за тем, чтобы она оставалась натянутой. Конец карандаша опишет эволюту. Эта кривая замечательна тем, что огибающая ее нормалей совпадает с исходной кривой!

Многие из описанных нами огибающих сравнительно недавно привлекли внимание художников. Произведения с их изображениями часто продают по весьма высоким ценам. Работа, выполненная цветными нитками на куске тонкого картона, позволяет зрителю погрузиться в глубины трансцендентных размышлений. Математическое вышивание было введено в женских школах примерно сто лет назад, и ныне его все шире ставят на коммерческую основу. Недавно появившийся прибор для вычерчивания эпициклов пользовался огромным успехом. Можно не сомневаться в том, что кривые навсегда останутся одним из наиболее интересных творений математики.

Итак, знание геометрических законов природы имеет огромное практическое значение. Мы должны не только научиться понимать эти законы, но и заставлять служить их нам на пользу.

1.3 Сущность геометрических построений

Развитие статических и динамических представлений детей относятся к числу важнейших задач обучения в школе. Сознавая это, учитель старается использовать богатые возможности курса черчения для постановки и решения различных пространственных задач в процессе графической подготовки учащихся. Немаловажную роль в расширении и продуктивном развитии пространственных представлений играют геометрические построения [8;12].

Деление окружности на равные части, достаточно распространенное геометрическое построение, основывается на законах симметрии, а именно является примером поворотной симметрии [1;7].

Деление окружности на восемь равных частей.

Деление окружности на восемь равных частей производится в следующей последовательности (рис.8):

Проводят две перпендикулярные оси, которые пересекая окружность в точках 1, 2, 3, 4 делят ее на четыре равные части;

Применяя известный прием деления прямого угла на две равные части при помощи циркуля или угольника строят биссектрисы прямых углов, которые, пересекаясь с окружностью в точках 5, 6, 7, и 8 делят каждую четвертую часть окружности пополам.

Деление окружности на три, шесть и двенадцать равных частей.

Деление окружности на три, шесть и двенадцать равных частей выполняется в следующей последовательности (рис.9):

Выбираем в качестве точки 1, точку пересечения осевой линии с окружностью.

Из точки 4 пересечения осевой линии с окружностью проводим дугу радиусом равным радиусу окружности R до пересечения с окружностью в точках 2 и 3; Точки 1, 2 и 3 делят окружность на три равные части;

Из точки 1 пересечения осевой линии с окружностью проводим дугу радиусом равным радиусу окружности R до пересечения с окружностью в точках 5 и 6;

Точки 1 - 6 делят окружность на шесть равных частей;

Дуги радиусом R, проведенные из точек 7 и 8 пересекут окружность в точках 9, 10, 11 и 12;

Точки 1 - 12 делят окружность на двенадцать равных частей.

Деление окружности на пять равных частей.

Деление окружности на пять равных частей выполняется в следующей последовательности (рис.10):

Из точки А радиусом, равным радиусу окружности R, проводим дугу, которая пересечет окружность в точке В; Из точки В опускают перпендикуляр на горизонтальную осевую линию;

Из основания перпендикуляра - точки С, радиусом равным С1, проводят дугу окружности, которая пересечет горизонтальную осевую линию в точке D;

Из точки 1 радиусом равным D1, проводят дугу до пересечения с окружностью в точке 2, дуга 12 равна 1/5 длины окружности;

Точки 3, 4 и 5 находят откладывая циркулем по данной окружности хорды, равные D1.

Деление окружности на семь равных частей.

Деление окружности на семь равных частей выполняется в следующей последовательности (рис.11):

Из точки А радиусом, равным радиусу окружности R, проводим дугу, которая пересечет окружность в точке В; Из точки В опускают перпендикуляр на горизонтальную осевую линию;

Длину перпендикуляра ВС откладывают от точки 1 по окружности семь раз и получают искомые точки 1 - 7.

Деление окружности на любое количество равных частей [23]

Для деления окружности на любое количество равных частей можно воспользоваться коэффициентами (см. таблицу 1.). Зная, на какое число n следует разделить окружность, находят коэффициент k. При умножении коэффициента k на диаметр D этой окружности, получают длину хорды, которую циркулем откладывают на заданной окружности n раз.

Таблица 1.

n	25	26	27	28	29	30
k	0.12533	0,12054	0,11609	0,11196	0,10812	0,10453
n	31	32	33	34	35	36
k	0,10117	0,09802	0,09506	0,09227	0,08964	0,08716

Циклоида - траектория (путь) точка А, лежащая на окружности, которая катится без скольжения по прямой АА12 (рис.12).

Построение циклоиды производится в следующей последовательности [12]:

На направляющей горизонтальной прямой откладывают отрезок АА12, равный длине производящей окружности радиуса r, (2pr); Строят производящую окружность радиуса r, так чтобы направляющая прямая была касательной к неё в точке А; Окружность и отрезок АА12 делят на несколько равных частей, например на 12; Из точек делений 11, 21, ...121 восстанавливают перпендикуляры до пересечения с продолжением горизонтальной оси окружности в точках 01, 02, ...012; Из точек деления окружности 1, 2, ...12 проводят горизонтальные прямые, на которых делают засечки дугами окружности радиуса r; Полученные точки А1, А2, ...А12 принадлежат циклоиде.

Эпициклоида - траектория точки А, лежащей на окружности диаметра D, которая катится без скольжения по направляющей окружности радиуса R (касание внешнее) (рис. 13).

Построение эпициклоиды выполняется в следующей последовательности [12]:

Производящую окружность радиуса r и направляющую окружность радиуса R проводят так, чтобы они касались в точке А; Производящую окружность делят на 12 равных частей, получают точки 1, 2, ... 12; Из центра 0 проводят вспомогательную дугу радиусом равным 000=R+r; Центральный угол a определяют по формуле a =360r/R. Делят дугу направляющей окружности, ограниченную углом a, на 12 равных частей, получают точки 11, 21, ...121; Из центра 0 через точки 11, 21, ...121 проводят прямые до пересечения с вспомогательной дугой в точках 01, 02, ...012;

Из центра 0 проводят вспомогательные дуги через точки деления 1, 2, ... 12 производящей окружности; Из точек 01, 02, ...012, как из центров, проводят окружности радиуса r до пересечения с вспомогательными дугами в точках А1, А2, ... А12, которые принадлежат эпициклоиде.

Гипоциклоида (рис.14) - траектория точки А, лежащей на окружности диаметра D, которая катится без скольжения по направляющей окружности радиуса R (касание внутреннее).

Рисунок 14. Гипоциклоида.

Построение гипоциклоиды выполняется в следующей последовательности [12]:

Производящую окружность радиуса r и направляющую окружность радиуса R проводят так, чтобы они касались в точке А; Производящую окружность делят на 12 равных частей, получают точки 1, 2, ... 12; Из центра 0 проводят вспомогательную дугу радиусом равным 000=R-r; Центральный угол a определяют по формуле a =360r/R. Делят дугу направляющей окружности, ограниченную углом a, на 12 равных частей, получают точки 11, 21, ...121; Из центра 0 через точки 11, 21, ...121 проводят прямые до пересечения с вспомогательной дугой в точках 01, 02, ...012; Из центра 0 проводят вспомогательные дуги через точки деления 1, 2, ... 12 производящей окружности; Из точек 01, 02, ...012, как из центров, проводят окружности радиуса r до пересечения с вспомогательными дугами в точках А1, А2, ... А12, которые принадлежат гипоциклоиде.

Спираль Архимеда (рис.15) - плоская кривая, которую описывает точка, движущаяся равномерно-поступательно от центра 0 по равномерно-вращающемуся радиусу.

Характеристики

Список файлов ВКР