تعريف 24.1الرياضيات الجامعية — السنة 1 · الفصل 24 — المنحنيات المستوية
المنحني المعلَّمي تطبيقٌ f:I→R2 مع t↦M(t)=(x(t),y(t))، حيث x,y من الصنف C1 (على الأقل) على الفترةI. ومتجهة السرعة هي f′(t)=(x′(t),y′(t))؛ وتكون النقطة M(t0)ناظمية إذا كان f′(t0)=(0,0)، ويكون المماس هناك المستقيمَ المارّ بالمقدار M(t0) الموجَّه بالمقدار f′(t0).
منحني ليساجو (sint,sin2t): 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.
النجمية (cos3t,sin3t): أربعة أقواس تلتقي عند أربع نقاط ارتداد. وهي المنحني الذي ترسمه نقطة من دائرة نصف قطرها 41 تتدحرج داخل الدائرة الواحدية.
أمثلة
مثال 24.3(الفروع المقاربة، معالجةً)
x(t)=t و y(t)=t+t1 على (0,+∞). وعندما t→0+: يكون x→0 بينما y→+∞ — فيتسلق المنحني على امتداد المقارب العموديx=0 (بنهاية منتهية من أجل إحداثية، وغير منتهية من أجل الأخرى). وعندما t→+∞: تنفجر الإحداثيتان معًا، فاختبر مستقيمًا: يُظهر الفرق
y(t)−x(t)=t1⟶0+
المقاربَ المائلy=x، مقتربًا منه من أعلى. وبينهما، ينعدم y′=1−t21 عند t=1: فالنقطة (1,2) هي أخفض نقطة في الفرع، و x′=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,y→∞ معًا، افحص y/x بحثًا عن ميل مرشّح (وهو هنا →1)، ثم y−(ميل)x من أجل المقطع وجهة الاقتراب.
مثال 24.4(النجمية)
x(t)=cos3t و y(t)=sin3t. والتناظرات: M(t+2π)=M(t) (فادرس دورًا واحدًا)؛ و M(−t) انعكاس M(t) في محور x؛ و M(π−t) في محور y؛ و M(2π−t) في القطر y=x: ومنه يكفي دراسة t∈[0,4π] ثم النشر.
والسرعة: f′(t)=3sintcost(−cost,sint). وعلى (0,2π) تكون كل النقاط ناظمية بمماس موجَّه بالمقدار (−cost,sint)؛ وعند t=0 (وهي النقطة (1,0)) تنعدم السرعة: أي نقطة ارتداد، حيث ينعكس المنحني على امتداد اتجاه المماس (−1,0)⋅(±) — وبالتناظر تقع نقاط الارتداد الأربع عند (±1,0),(0,±1).
مثال 24.5(منحني على شكل ثمانية، مدروسًا كاملًا)
x(t)=sint و y(t)=sin2t (وهو منحني ليساجو). التناظرات: M(t+π)=(−x(t),y(t)) (انعكاس في محور y)، و M(−t)=(−x(t),−y(t)) (تماثل مركزي)، و M(π−t)=(x(t),−y(t)) (انعكاس في محور x): ومنه يكفي دراسة t∈[0,2π] ثم النشر. والتغيرات: x′=cost≥0 في كل مكان، بينما y′=2cos2t موجب قبل t=4π وسالب بعده: فيتسلق القوس يمينًا إلى القمة (22,1) عند t=4π (بمماس أفقي)، ثم ينزل يمينًا إلى (1,0) عند t=2π، حيث x′=0=y′: أي مماس عمودي. والنقطة المضاعفة: M(0)=M(π)=(0,0)، بسرعتين مختلفتين
f′(0)=(1,2),f′(π)=(−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.