الرياضيات · المسرد

ما معنى منحن معلَّمي؟

تعريف 24.1 الرياضيات الجامعية — السنة 1 · الفصل 24 — المنحنيات المستوية

المنحني المعلَّمي تطبيقٌ f ⁣:IR2f \colon I \to \R^2 مع tM(t)=(x(t),y(t))t \mapsto M(t) = (x(t), y(t))، حيث x,yx, y من الصنف C1C^1 (على الأقل) على الفترة II. ومتجهة السرعة هي f(t)=(x(t),y(t))f'(t) = (x'(t), y'(t))؛ وتكون النقطة M(t0)M(t_0) ناظمية إذا كان f(t0)(0,0)f'(t_0) \neq (0,0)، ويكون المماس هناك المستقيمَ المارّ بالمقدار M(t0)M(t_0) الموجَّه بالمقدار f(t0)f'(t_0).

منحني ليساجو ( t, 2t): بنقطة مضاعفة عند المبدأ، حيث يتقاطع فرعان ناظميان بسرعتين (1, 2) و (-1, 2)، وبمماسات أفقية عند القمم الأربع. وقد قلّص التناظر كل العمل إلى ربع دور.
منحني ليساجو (sint,sin2t)(\sin t, \sin 2t): بنقطة مضاعفة عند المبدأ، حيث يتقاطع فرعان ناظميان بسرعتين (1,2)(1, 2) و (1,2)(-1, 2)، وبمماسات أفقية عند القمم الأربع. وقد قلّص التناظر كل العمل إلى ربع دور.
النجمية ( 3 t, 3 t): أربعة أقواس تلتقي عند أربع نقاط ارتداد. وهي المنحني الذي ترسمه نقطة من دائرة نصف قطرها 1/4 تتدحرج داخل الدائرة الواحدية.
النجمية (cos3t,sin3t)(\cos^3 t, \sin^3 t): أربعة أقواس تلتقي عند أربع نقاط ارتداد. وهي المنحني الذي ترسمه نقطة من دائرة نصف قطرها 14\frac14 تتدحرج داخل الدائرة الواحدية.

أمثلة

مثال 24.3 (الفروع المقاربة، معالجةً)

x(t)=tx(t) = t و y(t)=t+1ty(t) = t + \dfrac1t على (0,+)\intoo{0}{+\infty}. وعندما t0+t \to 0^{+}: يكون x0x \to 0 بينما y+y \to +\infty — فيتسلق المنحني على امتداد المقارب العمودي x=0x = 0 (بنهاية منتهية من أجل إحداثية، وغير منتهية من أجل الأخرى). وعندما t+t \to +\infty: تنفجر الإحداثيتان معًا، فاختبر مستقيمًا: يُظهر الفرق

y(t)x(t)=1t0+y(t) - x(t) = \frac1t \longrightarrow 0^{+}

المقاربَ المائل y=xy = x، مقتربًا منه من أعلى. وبينهما، ينعدم y=11t2y' = 1 - \frac1{t^2} عند t=1t = 1: فالنقطة (1,2)(1, 2) هي أخفض نقطة في الفرع، و x=1>0x' = 1 > 0 في كل مكان، ومنه فالمنحني يتقدم يمينًا دائمًا. أي قوس واحد ومقاربان وقيمة صغرى واحدة: صورةٌ كاملة من ثلاثة حسابات — مع ظهور الوصفة العامة تحتها: فحين يكون x,yx, y \to \infty معًا، افحص y/xy/x بحثًا عن ميل مرشّح (وهو هنا 1\to 1)، ثم y(ميل)xy - (\text{ميل})\,x من أجل المقطع وجهة الاقتراب.

مثال 24.4 (النجمية)

x(t)=cos3tx(t) = \cos^3 t و y(t)=sin3ty(t) = \sin^3 t. والتناظرات: M(t+2π)=M(t)M(t + 2\pi) = M(t) (فادرس دورًا واحدًا)؛ و M(t)M(-t) انعكاس M(t)M(t) في محور xx؛ و M(πt)M(\pi - t) في محور yy؛ و M(π2t)M(\frac\pi2 - t) في القطر y=xy = x: ومنه يكفي دراسة t[0,π4]t \in \intcc{0}{\frac\pi4} ثم النشر.

والسرعة: f(t)=3sintcost(cost,sint)f'(t) = 3\sin t\cos t\,(-\cos t, \sin t). وعلى (0,π2)\intoo{0}{\frac\pi2} تكون كل النقاط ناظمية بمماس موجَّه بالمقدار (cost,sint)(-\cos t, \sin t)؛ وعند t=0t = 0 (وهي النقطة (1,0)(1,0)) تنعدم السرعة: أي نقطة ارتداد، حيث ينعكس المنحني على امتداد اتجاه المماس (1,0)(±)(-1, 0)\cdot(\pm) — وبالتناظر تقع نقاط الارتداد الأربع عند (±1,0),(0,±1)(\pm1, 0), (0, \pm1).

مثال 24.5 (منحني على شكل ثمانية، مدروسًا كاملًا)

x(t)=sintx(t) = \sin t و y(t)=sin2ty(t) = \sin 2t (وهو منحني ليساجو). التناظرات: M(t+π)=(x(t),y(t))M(t + \pi) = (-x(t), y(t)) (انعكاس في محور yy)، و M(t)=(x(t),y(t))M(-t) = (-x(t), -y(t)) (تماثل مركزي)، و M(πt)=(x(t),y(t))M(\pi - t) = (x(t), -y(t)) (انعكاس في محور xx): ومنه يكفي دراسة t[0,π2]t \in \intcc{0}{\frac\pi2} ثم النشر. والتغيرات: x=cost0x' = \cos t \geq 0 في كل مكان، بينما y=2cos2ty' = 2\cos 2t موجب قبل t=π4t = \frac\pi4 وسالب بعده: فيتسلق القوس يمينًا إلى القمة (22, 1)\bigl(\frac{\sqrt2}2,\ 1\bigr) عند t=π4t = \frac\pi4 (بمماس أفقي)، ثم ينزل يمينًا إلى (1,0)(1, 0) عند t=π2t = \frac\pi2، حيث x=0yx' = 0 \neq y': أي مماس عمودي. والنقطة المضاعفة: M(0)=M(π)=(0,0)M(0) = M(\pi) = (0,0)، بسرعتين مختلفتين

f(0)=(1, 2),f(π)=(1, 2):f'(0) = (1,\ 2), \qquad f'(\pi) = (-1,\ 2) :

أي فرعان ناظميان يتقاطعان عند المبدأ بزاويتين متمايزتين — أي نقطة مضاعفة لا نقطة شاذة: فكل مرور ملس تمامًا، والمروران يتقاسمان موضعهما فحسب. والمنحني كله هو الثمانية أدناه.

اقرأ في الفصل ←