الروليت (المنحنى)

المنحنى الدائري - منحنى يتولد عن نقطة دوارة على عجلة
الإبيتروكويد - عجلة تدور حول عجلة

في الهندسة التفاضلية للمنحنيات ، يُعدّ المنحنى الدائري نوعًا من المنحنيات الحركية ، وهو تعميم للمنحنيات الدائرية ، والمنحنيات فوق الدائرية ، والمنحنيات تحت الدائرية ، والمنحنيات الحلقية ، والمنحنيات فوق الحلقية ، والمنحنيات تحت الحلقية ، والمنحنيات الملتفة . ببساطة، هو المسار الذي يرسمه منحنى أثناء تدحرجه على منحنى آخر دون انزلاق.

تعريف

تعريف غير رسمي

يتحرك قطع مكافئ أخضر على طول قطع مكافئ أزرق مماثل له، والذي يبقى ثابتًا. مولد القطع المكافئ المتحرك هو رأس القطع المكافئ المتحرك، ويصف حركة الروليت الموضحة باللون الأحمر. في هذه الحالة، تكون حركة الروليت هي شكل cissoid الخاص بـ Diocles . [ 1 ]

بصورة عامة، تُعرَّف الروليت بأنها المنحنى الذي يصفه نقطة (تُسمى المولد أو القطب ) متصلة بمنحنى معين أثناء دوران هذا المنحنى دون انزلاق، على طول منحنى آخر ثابت. بتعبير أدق، إذا كان لدينا منحنى متصل بمستوى متحرك بحيث يدور هذا المنحنى دون انزلاق على طول منحنى آخر متصل بمستوى ثابت يشغل نفس الحيز، فإن نقطة متصلة بالمستوى المتحرك تصف منحنى في المستوى الثابت يُسمى الروليت.

في حالة كون المنحنى المتحرك خطًا مستقيمًا والمولد نقطة عليه، يُسمى المنحنى الدائري (الروليت) منحنىً ملتفًا للمنحنى الثابت. أما إذا كان المنحنى المتحرك دائرة والمنحنى الثابت خطًا مستقيمًا، فيُسمى المنحنى الدائري (الروليت) منحنىً حلقيًا ( التروكويد) . وفي هذه الحالة، إذا كانت النقطة تقع على الدائرة، فيُسمى المنحنى الدائري (السيكلويد) .

المفهوم ذو الصلة هو الجليسيت ، وهو المنحنى الذي يتم وصفه بنقطة متصلة بمنحنى معين أثناء انزلاقه على طول منحنيين (أو أكثر) معينين.

التعريف الرسمي

بصورة رسمية، يجب أن تكون المنحنيات قابلة للتفاضل في المستوى الإقليدي . يبقى المنحنى الثابت غير متغير، بينما يخضع المنحنى المتحرك لتحويل تطابق مستمر بحيث يكون المنحنيان متماسين دائمًا عند نقطة تماس تتحرك بنفس السرعة عند السير على طول أي منهما (بمعنى آخر، نقطة تماس المنحنيين هي مركز الدوران اللحظي لتحويل التطابق). تتشكل العجلة الدوارة الناتجة من خلال موضع المولد الخاضع لنفس مجموعة تحويلات التطابق.

بنمذجة المنحنيات الأصلية كمنحنيات في المستوى المركب ، لنفترضر،و:Rج{\displaystyle r,f:\mathbb {R} \to \mathbb {C} }لنفترض أن هما المعلمتان الطبيعيتان للتدحرج (ر{\displaystyle r}) وثابتة (و{\displaystyle f}) المنحنيات، بحيثر(0)=و(0){\displaystyle r(0)=f(0)}،ر(0)=و(0){\displaystyle r'(0)=f'(0)}، و|ر(ت)|=|و(ت)|0{\displaystyle |r'(t)|=|f'(t)|\neq 0}للجميعت{\displaystyle t}لعبة الروليت الخاصة بالمولدصج{\displaystyle p\in \mathbb {C} }مثلر{\displaystyle r}يتم دحرجتهو{\displaystyle f}ثم يتم تحديده بواسطة عملية الربط التالية:

تو(ت)+(ص-ر(ت))و(ت)ر(ت).{\displaystyle t\mapsto f(t)+(pr(t)){f'(t) \over r'(t)}.}

التعميمات

إذا تم، بدلاً من تثبيت نقطة واحدة على المنحنى المتدحرج، نقل منحنى آخر مُعطى على طول المستوى المتحرك، فإن ذلك يُنتج مجموعة من المنحنيات المتطابقة. ويُمكن تسمية غلاف هذه المجموعة أيضاً بالروليت.

يمكن بالتأكيد تخيل وجود دوائر دائرية في المساحات الأعلى، ولكن يحتاج المرء إلى محاذاة أكثر من مجرد المماسات.

مثال

إذا كان المنحنى الثابت عبارة عن منحنى سلسلي والمنحنى المتحرك عبارة عن خط مستقيم ، فإننا نحصل على:

و(ت)=ت+أنا(ضرب بالعصا(ت)-1)ر(ت)=سينه(ت){\displaystyle f(t)=t+i(\cosh(t)-1)\qquad r(t)=\sinh(t)}
و(ت)=1+أناسينه(ت)ر(ت)=ضرب بالعصا(ت).{\displaystyle f'(t)=1+i\sinh(t)\qquad r'(t)=\cosh(t).}

يتم اختيار معلمات الخط بحيث

|و(ت)|=12+سينه2(ت)=ضرب بالعصا2(ت)=|ر(ت)|.{\displaystyle |f'(t)|={\sqrt {1^{2}+\sinh ^{2}(t)}}={\sqrt {\cosh ^{2}(t)}}=|r'(t)|.}

بتطبيق الصيغة أعلاه نحصل على:

و(ت)+(ص-ر(ت))و(ت)ر(ت)=ت-أنا+ص-سينه(ت)+أنا(1+صسينه(ت))ضرب بالعصا(ت)=ت-أنا+(ص+أنا)1+أناسينه(ت)ضرب بالعصا(ت).{\displaystyle f(t)+(pr(t)){f'(t) \over r'(t)}=t-i+{p-\sinh(t)+i(1+p\sinh(t)) \over \cosh(t)}=t-i+(p+i){1+i\sinh(t) \over \cosh(t)}.}

إذا كانت قيمة p تساوي -i، فإن التعبير يحتوي على جزء تخيلي ثابت (وهو -i ) ، ويكون مسار عجلة الروليت خطًا أفقيًا. ومن التطبيقات المثيرة للاهتمام لهذا المفهوم أن عجلة مربعة الشكل يمكنها أن تتدحرج دون أن ترتد على طريق يتكون من سلسلة متطابقة من أقواس السلسلة.

قائمة الروليت

منحنى ثابتالمنحنى المتدحرجنقطة توليدلعبة الروليت
أي منحنىخطنقطة على الخطالمنحنى الالتفافي
خطأيأيسايكلوجون
خطدائرةأيالتروكويد
خطدائرةنقطة على الدائرةسيكلويد
خطمقطع مخروطيمركز القطع المخروطيلعبة الروليت العاصفة [ 2 ]
خطمقطع مخروطيبؤرة القطع المخروطيروليت ديلاوناي [ 3 ]
خطالقطع المكافئبؤرة القطع المكافئالسلسلة [ 4 ]
خطالقطع الناقصبؤرة القطع الناقصالسلسلة الإهليلجية [ 4 ]
خطالقطع الزائدبؤرة القطع الزائدالسلسلة الزائدية [ 4 ]
خطالقطع الزائد المستطيلمركز القطع الزائدالمطاط المستطيل [ 5 ]
خطسيكلوكلويدمركزالقطع الناقص [ 6 ]
دائرةدائرةأيالتروكويد المركزي [ 7 ]
خارج الدائرةدائرةأيإبيتروكويد
خارج الدائرةدائرةنقطة على الدائرةالدويري
خارج الدائرةدائرة ذات نصف قطر متطابقأيليماكون
خارج الدائرةدائرة ذات نصف قطر متطابقنقطة على الدائرةنمط القلب
خارج الدائرةدائرة نصف قطرهانقطة على الدائرةنيفرويد
داخل دائرةدائرةأيهيبتروكويد
داخل دائرةدائرةنقطة على الدائرةهيبوكلويد
داخل دائرةدائرة نصف قطرها ثلث القطرنقطة على الدائرةالعضلة الدالية
داخل دائرةدائرة ربع نصف القطرنقطة على الدائرةالكويكبات
القطع المكافئقطع مكافئ متساوي الأبعاد مُعطى بمعاملات في اتجاهين متعاكسينرأس القطع المكافئسيسويد ديوكليس [ 1 ]
سلسالخطانظر المثال أعلاهخط

انظر أيضاً

ملحوظات

مراجع

للمزيد من القراءة