A Cassini - görbékről

Hasonló dokumentumok
Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

A hordófelület síkmetszeteiről

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

A konfokális és a nem - konfokális ellipszis - seregekről és ortogonális trajektóriáikról

Az egyköpenyű forgáshiperboloid síkmetszeteiről

Ellipszis átszelése. 1. ábra

Egyenletek, egyenletrendszerek, egyenlőtlenségek Megoldások

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Csúcsívek rajzolása. Kezdjük egy általános csúcsív rajzolásával! Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Szökőkút - feladat. 1. ábra. A fotók forrása:

A rektellipszis csavarmozgása során keletkező felületről

A kettősbelű fatörzs keresztmetszeti rajzolatáról

Egy sajátos ábrázolási feladatról

Kecskerágás már megint

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Egy mozgástani feladat

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

Egy általános helyzetű lekerekített sarkú téglalap paraméteres egyenletrendszere. Az egyenletek felírása

Észrevételek a forgásfelületek síkmetszeteivel kapcsolatban. Bevezetés

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

Érdekes geometriai számítások Téma: A kardáncsukló kinematikai alapegyenletének levezetése gömbháromszögtani alapon

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

A magától becsukódó ajtó működéséről

Ellipszissel kapcsolatos képletekről

Abszolútértékes és gyökös kifejezések Megoldások

A gúla ~ projekthez 2. rész

a) A logaritmus értelmezése alapján: x 8 0 ( x 2 2 vagy x 2 2) (1 pont) Egy szorzat értéke pontosan akkor 0, ha valamelyik szorzótényező 0.

A csavarvonal axonometrikus képéről

8. előadás. Kúpszeletek

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Abszolútértékes és Gyökös kifejezések

Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

Szabályos fahengeres keresztmetszet geometriai jellemzőinek meghatározása számítással

Aszimmetrikus nyeregtető ~ feladat 2.

Függvények Megoldások

Egy általánosabb súrlódásos alapfeladat

Kocka perspektivikus ábrázolása. Bevezetés

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

A közönséges csavarvonal érintőjének képeiről

A csúszóvágásról, ill. - forgácsolásról

Profilmetsződésekről, avagy tórusz és körhenger áthatásáról

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

A térbeli mozgás leírásához

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Egy érdekes nyeregtetőről

Rugalmas láncgörbe alapvető összefüggések és tudnivalók I. rész

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

Poncelet egy tételéről

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

További adalékok a merőleges axonometriához

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Függvények

Az éjszakai rovarok repüléséről

A lengőfűrészelésről

A merőleges axonometria néhány régi - új összefüggéséről

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

2014/2015. tavaszi félév

A főtengelyproblémához

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉPSZINT Függvények

Fa rudak forgatása II.

Befordulás sarkon bútorral

A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

Egy geometriai szélsőérték - feladat

A ferde szabadforgácsolásról, ill. a csúszóforgácsolásról ismét

Egy nyíllövéses feladat

6. Függvények. 1. Az alábbi függvények közül melyik szigorúan monoton növekvő a 0;1 intervallumban?

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

A Kepler - problémáról. Megint az interneten találtunk egy szép animációt 1. ábra, amin elgondolkoztunk: Ezt hogyan oldanánk meg? Most erről lesz szó.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

b) Ábrázolja ugyanabban a koordinátarendszerben a g függvényt! (2 pont) c) Oldja meg az ( x ) 2

Hely és elmozdulás - meghatározás távolságméréssel

Kosárra dobás I. Egy érdekes feladattal találkoztunk [ 1 ] - ben, ahol ezt szerkesztéssel oldották meg. Most itt számítással oldjuk meg ugyanezt.

Csavarokról és rokon témákról

Vontatás III. A feladat

Az arkhimédészi csőfelületről

10. Koordinátageometria

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Kiegészítés a merőleges axonometriához

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

Egyenletek, egyenlőtlenségek grafikus megoldása TK. II. kötet 25. old. 3. feladat

A LECSÚSZÓ KÖR ÁBRÁZOLÓ GEOMETRIÁJA. Írta: Hajdu Endre

A fatörzs és az ágak alakjának leírásához. Szétnéztünk az interneten. A lábon főleg a szabadon álló fák alakja meglehetősen bonyolult; pl.: 1. ábra.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI EMELT SZINT Paraméter

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK KÖZÉP SZINT Függvények

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

10. Differenciálszámítás

Az R forgató mátrix [ 1 ] - beli képleteinek levezetése: I. rész

20. tétel A kör és a parabola a koordinátasíkon, egyenessel való kölcsönös helyzetük. Másodfokú egyenlőtlenségek.

Egy másik érdekes feladat. A feladat

Ismét egy érdekes mechanizmusról. Az interneten találkoztunk az [ 1 ] művel, benne az 1. ábrával.

A fő - másodrendű nyomatékok meghatározása feltételes szélsőérték - feladatként

A Lenz - vektorról. Ha jól emlékszem, először [ 1 ] - ben találkoztam a címbeli fogalommal 1. ábra.

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

2) Írja fel az alábbi lineáris függvény grafikonjának egyenletét! (3pont)

Átírás:

A Cassini - görbékről Giovanni Domenico Cassini, a 17-18 században élt olasz származású francia csillagász neve egyebek mellett a róla elnevezett görbékről is ismert lehet; ilyeneket mutat az 1 ábra is ld: [ 1 ]! 1 ábra Az ezekkel kapcsolatos fontosabb matematikai tudnivalók megtalálhatók az interneten is ld pl: [ 1 ], [ ], [ ]! Odakattintva látható, hogy nem annyira egyszerű dolgok ezek Mégis, most éppen ezeket fogjuk tanulmányozni: megmutatjuk, hogy már egy középiskolás tanuló is érdemben foglalkozhat e témával Nem kétséges, hogy a kúpszeletek kör, ellipszis, parabola, hiperbola a legismertebb síkgörbék Gyűjtőnevüket arról kapták, hogy egy ( kettős) körkúp különböző helyzetű metszősíkkal való síkmetszeteiként is előállíthatók A Cassini - görbék a körgyűrű - felület más néven: tórusz metszetgörbéi: ~ a tórusz úgy áll elő, hogy egy r sugarú körlapot annak síkjában elhelyezkedő egyenes, mint forgástengely körül megforgatunk ábra; ~ a Cassini - görbék úgy állnak elő, hogy a tóruszt egy a forgástengellyel párhuzamos síksereggel metsszük el A tóruszfelület egy P pontjának koordinátáit egy olyan derékszögű ( Oxyz ) koordinátarendszerben írjuk fel, melynek z tengelye a forgástengely A ábra szerint: x R rsin cos ; P P P y R rsin sin ; z rcos, ahol 0 60, 0 60 ( 1 )

ábra ábra A és ábrák forrása: [ 4 ] Most írjuk fel a továbbiakban a P indexet elhagyva a z = z ( x, y ) függvénykapcsolatot! Ennek érdekében ( 1 ) - ből kiküszöböljük a φ és a ψ paramétereket:

x y R r sin cos R r sin sin R rsin cos sin R rsin, x y R r sin ( ) ( ) - ből pozitív gyököt vonva és rendezve: rsin x y R; ( ) ehhez hozzávéve ( 1 ) harmadik egyenletéből: rcos z, ( 4 ) ( ) és ( 4 ) - ből négyzetre emeléssel és összeadással: rcos rsin z x y R, vagyis r z x y R, innen z r x y R, végül, y) r x y R ( 5 ) Az ( 5 ) képlet segítségével keressük a z tengellyel párhuzamos, x = x 0 egyenletű metszősíkkal keletkező síkmetszet egyenletét Ekkor ( 5 ) - ből: 0, y) r x0 y R ( 6 ) A ( 6 ) egyenlet alapján dolgozunk a továbbiakban A térbeli helyzetet a 4 ábra szemlélteti A görbesereg két részre oszlik, az 1 és a szakasznak megfelelően: (1) ~ 1 szakasz: R r x R r; 0 () ~ szakasz: 0 x 0 R r A metszősíkok nyomvonalait piros színnel rajzoltuk meg A ( 6 ) képlet alkalmazásához meg kell határoznunk az y változó értelmezési tartományát, ill annak határait, minden metszetre Ez a Pitagorász - tétellel történik 1 szakasz: y R r x ; i(1) = 0, 1,,, 4 ( 7 ) 1 0,i Fennáll, hogy y y y ( 8 ) 1 1 1

4 szakasz: 0,i y R r x ; 0,i y R r x ; i() = 5, 6, 7 Fennáll, hogy bal y y y ; 4 ábra jobb y y y Az ábrázoláshoz felvett x 0,i méretek a 4 ábrán láthatók A felírt összefüggések helyessége a 4 ábrán ellenőrizhető Most írjuk fel egyenként az ábrázolandó tórusz - metszetek képleteit! ( 9 ) ( 10 ) 1 szakasz: 0 : x 0,0 R r; ( 11 ) most ( 7 ) és ( 11 ) - gyel: y 0 ( 1 ) 1,0

5 Majd ( 8 ) - nak megfelelően: y 0 ( 1 1,0 Most ( 6 ), ( 11 ), ( 1 ) - mal:, y ) r x y R r R r 0 R 0, 0,0 1,0 0,0 1,0 0,0, y 1,0) 0 ( 14 ) r 1: x0,1 R ; ( 15 ) most ( 7 ) és ( 15 ) - tel: r y1,1 R r x 0,1 = R r R = r R r, 4 y1,1 r R r 4 ( 16 ) Most ( 8 ) szerint: y y y, ( 17 ) 1,1 1,1 1,1 majd ( 16 ) és ( 17 ) - tel: r R r y1,1 r R r 4 4 Ezután ( 6 ) szerint: ( 18 ) 0,1, y 1,1) r x0,1 y1,1 R, ( 19 ) majd ( 15 ) - tel is: r 0,1, y 1,1) r R y1,1 R ( 0 ) : x0, R; ( 1 ) a fentiekhez hasonlóan: y R r x R r R r R r, 1, 0,

6 1, y r R r ; ( ) ezzel: r R r y r R r ; ( ) 1, 0,, y 1, ) r x0, y1, R, azaz 0,, y 1,) r R y1, R ( 4 ) r : x0, R ; ( 5 ) r r y1, R r x0, R r R r R, 4 r y1, r R ; 4 ezzel: r r r R y1, r R ; 4 4 0,, y 1,) r x0, y1, R, azaz ( 6 ) ( 7 ) r 0,, y 1,) r R y1, R ( 8 ) 4 : x0,4 R r; ( 9 ) 1,4 0,4 y R r x R r R r R r, y1,4 R r; ( 0 ) ezzel: R r y1,4 R r; ( 1 )

7 0,4, y 1,4 ) r x 0,4 y1,4 R, azaz 0,4, y 1,4 ) r R r y1,4 R ( ) szakasz: 5 : x0,5 R r ; ( ) most a ( 9 ) képletekkel: 5 y,5 R r x 0,5 R r R r R r, 5 y,5 R r ; ( 4 ) 1 y,5 R r x0,5 R r R r 5R 6R r 5r, az egyszerűbb alakkal: y,5 R r R r ; most a ( 10 ) képlet szerint: y y y, azaz bal,5,5,5 bal 5 R r R r y,5 R r ; továbbá (5 ) ( 6 ) y y y, azaz jobb,5,5,5 5 jobb R r y,5 R r R r ( 7 )

8 0,5, y,5) r x0,5 y,5 R, azaz 0,5, y,5) r R r y,5 R ( 8 ) 1 x R r ; ( 9 ) 6 : 0,6 1 y,6 R r x 0,6 R r R r R r, y,6 R r ; ( 40 ) 1 y,6 R r R r R 5Rr r, az egyszerűbb alakkal: 1 y,6 R r R r ; most a ( 10 ) képlet szerint: ( 41 ) y y y, azaz bal,6,6,6,6 1 bal R r R r y R r ; továbbá y y y, azaz jobb,6,6,6 jobb 1 R r y,6 R r R r ( 4 ) 0,6, y,6) r x0,6 y,6 R, azaz

9 1 0,6, y,6) r R r y,6 R ( 4 ) 7 : x 0,7 0; ( 44 ),7 0,7 y R r x R r 0 R r, y,7 R r; ( 45 ),7 0,7 y R r x R r 0 R r, y,7 R r; ( 46 ) most a ( 10 ) képlet szerint: y y y, azaz bal,7,7,7 bal R r y R r, ( 47 ) továbbá,7 y y y, azaz jobb,7,7,7 R r y R r ( 48 ) jobb,7 0,7, y,7 ) r x0,7 y,7 R, azaz 0,7, y,7) r y,7 R ( 49 ) A grafikonokat a Graph programmal készítettük el, R = 50 mm, r = 0 mm adatokkal Az eredményeket az 5 ábra mutatja be Az ábrák kis szépséghibája, hogy a körök ellipszissé torzulnak Ennek az az oka, hogy a képernyő koordináta - rendszerének vízszintes és függőleges tengelyén nem egyenlő nagyok a skála - egységek Az itteni eredmények szakirodalmi megfelelőinek térhatású megjelenítése a 6 ábrán látható

10 z 50 40 Cassini - görbék 0 0 10 y -70-60 -50-40 -0-0 -10 10 0 0 40 50 60 70-10 -0-0 -40 5 ábra -50-60 6 ábra Az ábra forrása: [ ]

11 Irodalom: [ 1 ] - http://huwikipediaorg/wiki/cassini-görbe [ ] - http://wwwtankonyvtarhu/konyvek/uj-matematikai-mozaik/uj-matematikaimozaik--08100-18 [ ] - http://mathworldwolframcom/cassiniovalshtml [ 4 ] Füzi János: D grafika és animáció PC - n ComputerBooks, Budapest, 1995 Sződliget, 009 június 11 Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár