来源:今日头条——电子通信和数学领域
当你沿着椭圆,抛物线,双曲线行走时会到哪里呢,本篇来回答这个问题。
我们从投影的概念入手,省去数学的推导,也很容易理解。
平面与圆锥体的截交线,我们称之为圆锥曲线,根据截平面的倾斜程度不同,共有三种类型的圆锥曲线。
中心投影概念:
投影线交于一点的就是中心投影,投影中心相等于一个光源,如下图所示。
第一种椭圆:当截平面倾斜度程度比圆锥体的小时,以圆锥体的顶点为投影中心点(光源中心),把圆从水平面上投影到倾斜的截平面上,就得到椭圆。
可以看到底面上的圆经过投影中心全部出现在截平面上,所表现出来的投影轨迹就是椭圆。
所以等你沿着椭圆行走时,类似于沿着圆的轨迹行走,做周期运动。
第二种抛物线:当截平面倾斜度程度和圆锥倾斜程度相等时,以圆锥体的顶点为投影中心点(光源中心),把圆从水平面上投影到倾斜的截平面上,就得到抛物线。
注意,因为截平面与圆锥倾斜度相同,所以底面圆上始终有一点无法过投影中心投到截平面上,他被投影到截平面的无穷远点,这说明抛物线就是其中有一点位于无穷远处的圆。
所以等你沿着抛物线行走时,将达到一个无穷远点。通过无穷远点的直线就是圆的切线。
第三双曲线:当截平面倾斜度程度比圆锥体的大时,以圆锥体的顶点为投影中心点(光源中心),把圆从水平面上投影到倾斜的截平面上,就得到双曲线。
注意,底面圆位于截平面之后的部分投影到截平面上,犹如一个碗状,但剩余的圆投影到哪里去了,会发现,它经过投影中心投影到圆锥体的上方,此时圆的投影是两个碗状的曲线,一个开口向上,有一个开口向下。这就是双曲线。
你会发现当其中一个母线平行于截平面时,这个点的投影将延伸到截平面的无穷远处(类似抛物线性质),这样的母线有两条,所以底面圆上将有两个这样的无穷远点的投影伸向无穷远。
得到当底面圆向截平面投影时,圆的一部分投向圆锥的下方,在经过无穷远点后,圆的另一部分又投向圆锥的上方,在经过无穷远点后,又回到圆锥的下方。这就是双曲线的轨迹。
所以当我们沿着双曲线旅行时,我们首先动身前往一个方向的无穷远点,在经过此方向的无穷远点后,我们会发现自己正沿着双曲线的另外一个分支在走。
结果表明,圆的每一个投影都是一个圆锥曲线,无论你对圆怎么投影,你得到的不是椭圆,就是抛物线或者双曲线。除此外并没有其他任何曲线和圆在投影上是等价的。
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