当前课程知识点:微积分——极限理论与一元函数 > 第一章 实数与函数 > 第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线 > 参数方程表示的几种曲线
接下来我们介绍几种
用参数方程表示的特殊曲线
实际我们主要介绍螺线和摆线
参数方程表示的曲线
我们先看一下螺线
螺线
所谓螺线
它是这样生成的
就是说
我们有一个质点在一个细杆上
就是质点沿着细杆做匀速运动
而这个细杆又绕着一个圆心做匀速的圆周运动
那么在这个过程中
就是这个质点的运动轨迹我们就把它称为螺线
我们假设这个质点它的运动速度是1个单位
而这个细杆做旋转运动的角速度
也是一个单位
这个时候我们可以
把它的那个螺线的方程就是给写出来
螺线的方程
也就是螺线
这是一开始的那个细杆
它在这
它在做旋转运动的时候
它大概出来的应该是这样的一个形状
现在我们就看一下如果放到xy坐标系里面
这个点的坐标(x,y)应该由什么确定
实际上一个就是这个距离
这个距离实际上就是在t这个时间段里面
这个质点在细杆上走过的距离
所以说这个距离应该就是t
因为它的速度是一个单位
另外一个是这个角度
这个角度因为我们假设了
这个细杆的角速度也是一个单位
所以这个角度也是这个时间t
这样的时候
我们就知道它乘上cost
这就是x
类似的
t乘上sint
这应该就是y
这样我们就得到了这个螺线上
点的直角坐标与它走过的时间之间的关系
这就是所谓的参数方程
因为在这里面
时间t我们作为参数
我想这是我们在微积分里面经常要用到的
一种特殊曲线
就是大家应该了解它是怎么形成的
另外
要了解我们这个方程是怎么建立起来的
当然如果它的沿着细杆的速度
比如我用u来表示
而这个细杆它做圆周运动的角速度
咱们用ω来表示的时候
希望大家也应该能够写出
这个与u和与ω有关的参数方程
我想这是我们介绍的第一种用参数方程
表示的特殊曲线就是螺线
接下来我们来看第二种
第二种我们把它称为摆线
摆线有时候我们也会把它称为是旋轮线
旋轮线
因为就是
这个摆线它的形成是这个样子的
也就是说我们在水平面上
在这个地方画一个圆
这个圆与这个水平地面是相切的
这有个切点
我们把一个点
就是固定在这个圆周上
然后开始让这个圆周沿着这个水平面
做滚动运动
那么在这个滚动的过程中
这个点走过的轨迹
就是所谓的摆线
也就是画出来它的大概图形应该是这个样子
再往下应该就是个周期性的东西
所以说它应该就是滚动一圈
就是能够形成这一拱
也就是说这样呢
这样的线就是所谓的摆线
或者我们把它叫旋轮线
接下来我们看一下
如果我建立了一个坐标系之后
我来看一下这个摆线上点的坐标
它满足什么关系
就是我们建立坐标系
就是这个作为x轴
这是我们的y轴
现在假设这个圆滚动到就是这个位置
那么这个点现在就滚动到这
它的坐标我用(x,y)来表示
那现在我们建立就是这个参数
这个参数我们怎么去建立呢
我们就用这个滚动过的这个角t作为参数t
作为参数t的时候那我们看一下
就是这个点的坐标与哪些点的坐标有关
这是圆心
这个圆心的横坐标应该就是这段距离
而这段距离应该就是这个弧长
所以说这段距离
假设圆的半径是R的时候
它应该就是半径乘上圆心角t
这是这段距离
直接就是这个圆心的横坐标
圆心的纵坐标当然就是半径
所以说圆心的纵坐标应该是R
而我们这个点(x,y)它与这个圆心之间的联系
我们可以通过这个小直角三角形给它联系起来
那大家能不能把这个角度与t联系起来
也就是说
在这个直角三角形中的锐角
我们能不能与这个参数t联系起来
当然
这是一个90度
所以说大家很容易把这个直角三角形中的锐角
与这个参数t联系起来
那我们看一下x是什么
x应该是这样子的
x等于圆心的横坐标再加上
圆的半径乘上cos就是这个角度应该是这样子的
在2π的基础上
减掉π/2
再减掉我们的参数角度t
这就是这个直角三角形的锐角
所以我们写出来应该是这个表达式
y应该是等于R
这是这个圆心的纵坐标
再加上R乘上sin这个锐角2π-π/2-t
那接下来因为正弦余弦函数是周期函数
所以说我们可以直接把这个2π去掉
那考虑到余弦函数是一个偶函数
所以我们这个负号可以直接拿掉
而正弦函数是奇函数
说我们把这个负号拿掉之后
就是要把前面这个
变成减号
那我们看一下
这个我们就整理到了
x=Rt+Rcos(π/2+t)
以及y=R-Rsin(π/2+t)
那这个用一个三角关系式
π/2+t的余弦应该等于它的负的正弦
而π/2+t的正弦应该等于t的余弦
说我们最后得到的摆线的参数方程应该是
x=Rt-Rsint
然后y=R-Rcost
这应该是我们以这个圆心角做参数t
得到的摆线上的点它的直角坐标(x,y)
与参数t的关系
这是我们介绍的第二种用参数方程表示的
特殊曲线
就是螺线
螺线相对其他特殊曲线来说
在整个微积分的学习过程中
可能碰到的机会更多一点
然后还有其他的利用参数方程表示的
特殊曲线
在这我们就不做详细推导了
你比如说我们还会有
所谓的星形线
星形线
星形线就是说它的构成应该是这样子的
说我这有一个大圆
在这里面有一个半径是它1/4的小圆
那大圆和小圆在这个地方是内切的
现在我把这个内切的这个点
固定在这个小圆上
让这个小圆在大圆里面做滚动运动
同时保证它总是内切的
这时候这个点
出来的轨迹
就是所谓的星形线
大概形状应该是这个样子的
星形线
那星形线如果我们
建立坐标系是这样建立的
圆的中心作为坐标原点
水平线是x轴
竖直线是y轴
那么这个星形线上点的坐标(x,y)
我们可以这样来表示
也就是x
比如说等于acos三次方t
y等于asin三次方t
其中这个a应该就是这个大圆的半径
这是我们常见的另外一种
用参数方程给出的曲线
这个一般见到这个参数方程之后
大家能够知道
它表示的是所谓的星形线就行了
这是关于就是说
我们要介绍的利用参数方程表示的特殊曲线
当然就是说在后续的学习中
我们还有可能见到
其他参数方程表示的特殊曲线
那就是说在碰到的时候
我们能够通过它的方程
了解它的大概形状就可以了
-序言
--序言
-第一节 实数集的界与确界
--实数集的界
--实数集的确界
-第一节思考与练习
--思考题
--练习题
-第二节 函数的概念
--分段函数与隐函数
-第二节思考与练习
--思考题
--练习题
-第三节 函数的运算
--函数的反函数
-第三节思考与练习
--思考题
--练习题
-第四节 函数的初等性质
--函数的凸性
-第四节思考与练习
--思考题
--练习题
-第五节 初等函数
--初等函数
-第五节思考与练习
--思考题
--练习题
-第六节 极坐标方程与参数方程表示的几种曲线
-第一节 数列极限的概念与性质
--无穷大量
-第一节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第一节思考与练习
-第二节 数列极限存在的充分条件
--单调有界收敛定理
-第二节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第二节思考与练习
-第三节 Bolzano定理与Cauchy收敛准则
-第三节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第三节思考与练习
-第四节 函数极限的概念与性质
--函数极限的概念
--函数极限的性质
-第四节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第四节思考与练习
-第五节 函数极限的运算
-第五节思考与练习
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--第二章 极限论--第五节思考与练习
-第六节 无穷小量及其(阶的)比较
--无穷小量的比较
-第六节思考与练习
--思考题
--第二章 极限论--第六节思考与练习
-第一节 连续函数的概念与性质
--间断点的分类
--连续函数的性质
-第一节 思考与练习
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--第三章 连续函数--第一节 思考与练习
-第二节 闭区间上连续函数的性质
-第二节 思考与练习
--思考题
--第三章 连续函数--第二节 思考与练习
-第三节 函数的一致连续性
--一致连续的概念
-第三节 思考与练习
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--第三章 连续函数--第三节 思考与练习
-第一节 导数与微分的概念
--导数的概念
--导数的几何意义
--微分概念
-第一节 思考与练习
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--第四章 导数与微分--第一节 思考与练习
-第二节 导数与微分的运算
--导数的四则运算
--反函数求导法
-第二节 思考与练习
--思考题
--第四章 导数与微分--第二节 思考与练习
-第三节 几种特殊函数的求导法、高阶导数
--高阶导数
-第三节 思考与练习
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--第四章 导数与微分--第三节 思考与练习
-第一节 微分中值定理
--Fermat定理
--Rolle定理
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--第五章 导数应用--第一节 思考与练习
-第二节 L'Hospital 法则
--0/0型不定式
--∞/∞型不定式
--其他形式的不定式
-第二节 思考与练习
--思考题
--第五章 导数应用--第二节 思考与练习
-第三节 函数的单调性与极值
--函数的单调性
--函数的极值
--函数最值的求法
-第三节 思考与练习
--思考题
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-第四节 函数的凸性与拐点
--函数凸性的判别法
--拐点
--曲线的渐近性
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-第五节 思考与练习
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--原函数的概念
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--第一换元法
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-第三节 分部积分法
--分步积分法
-第四节 有理函数的积分
--html
--第六章 原函数与不定积分--第四节思考与练习
-第五节 简单无理式的积分
--无理函数的有理化
--第六章 原函数与不定积分--第五节思考与练习
-第一节 积分概念与积分存在条件
--定积分的概念
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--第七章 定积分--第一节思考与练习
-第二节 定积分的性质
--定积分的性质
--定积分性质的应用
-第三节 变上限积分与Newton—Leibniz公式
--变上限积分
--复合变限积分
--定积分的计算
--第七章 定积分--第三节思考与练习
-第四节 定积分的换元积分法与分部积分法
--第七章 定积分--第四节思考与练习
-第五节 定积分的几何应用
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--曲线的弧长
--平面曲线的曲率
--第七章 定积分--第五节思考与练习
-第六节 定积分的物理应用
--物理应用简介
-第七节 反常积分
--反常积分
--其他无穷积分
--第七章 定积分--第七节思考与练习
-第一节 数项级数的概念与性质
--第八章 级数--第一节 思考与练习
-第二节 正项级数的收敛判别法
--第八章 级数--第二节 思考与练习
-第三节 任意项级数
--交错项级数
--绝对值判敛法
--第八章 级数--第三节 思考与练习
-第四节 函数级数
--第八章 级数--第四节 思考与练习
-第五节 幂级数
--Abel判别法
--收敛半径与收敛域
--幂级数的分析性质
--幂级数求和
--第八章 级数--第五节思考与练习
-第六节 傅里叶级数
--三角函数的正交性
--第八章 级数--第六节思考与练习