Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Полярная роза

Совершенно верно, речь пойдёт о цветке с лепестками:

Построить линии, заданные уравнениями в полярных координатах

а) Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
б) Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Существует два подхода к построению полярной розы. Сначала пойдём по накатанной колее, считая, что полярный радиус не может быть отрицательным:

Решение:

а) Найдём область определения функции:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Такое тригонометрическое неравенство тоже нетрудно решить графически: из материалов статьи Геометрические преобразования графиков известно, что если аргумент функции удвоить, то её график сожмётся к оси ординат в 2 раза. Пожалуйста, найдите график функции Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениев первом же примере указанного урока. Где данная синусоида находится выше оси абсцисс? На интервалах Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Следовательно, неравенству Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеудовлетворяют соответствующие отрезки, и область определения нашей функции: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Вообще говоря, решение рассматриваемых неравенств представляет собой бесконечное множество отрезков, но, повторюсь, нас интересует только один период.

Возможно, некоторым читателям более лёгким покажется аналитический способ нахождения области определения, условно назову его «нарезка круглого пирога». Резать будем на равные части и, прежде всего, найдём границы первого куска. Рассуждаем следующим образом: синус неотрицателен, когда его аргумент находится в пределах от 0 до Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениерад. включительно. В нашем примере: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Разделив все части двойного неравенства на 2, получаем искомый промежуток:

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Теперь начинаем последовательно «нарезать равные куски по 90 градусов» против часовой стрелки:

– найденный отрезок Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, понятно, входит в область определения;

– следующий интервал Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– не входит;

– следующий отрезок Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– входит;

– и, наконец, интервал Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– не входит.

Прямо, как по ромашке – «любит, не любит, любит, не любит» =) С тем отличием, что тут не гадание. Да, прямо какая-то любовь по-китайски получается….

Итак, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеи линия Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениепредставляет собой розу с двумя одинаковыми лепестками. Чертёж вполне допустимо выполнить схематически, однако крайне желательно правильно найти и отметить вершины лепестков. Вершинам соответствуют середины отрезков области определения, которые в данном примере имеют очевидные угловые координаты Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. При этом длины лепестков составляют:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Вот закономерный результат заботливого садовника:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Следует отметить, что длину лепестка легко сразу усмотреть из уравнения Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– так как синус ограничен: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, то максимальное значение «эр» заведомо не превзойдёт двух.

б) Построим линию, заданную уравнением Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Очевидно, что длина лепестка этой розы тоже равна двум, но, прежде всего, нас интересует область определения. Применим аналитический метод «нарезки»: синус неотрицателен, когда его аргумент находится в пределах от нуля до «пи» включительно, в данном случае: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Делим все части неравенства на 3 и получаем первый промежуток:

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Далее начинаем «нарезку пирога кускам» по Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениерад. (60 градусов):
– отрезок Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениевойдёт в область определения;
– интервал Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– не войдёт;
– отрезок Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– войдёт;
– интервал Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– не войдёт;
– отрезок Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– войдёт;
– интервал Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– не войдёт.

Процесс успешно завершён на отметке 360 градусов.

Таким образом, область определения: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Проводимые действия полностью либо частично несложно осуществлять и мысленно.

Построение. Если в предыдущем пункте всё благополучно обошлось прямыми углами и углами в 45 градусов, то здесь придётся немного повозиться. Найдём вершины лепестков. Их длина Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениебыла видна с самого начала задания, осталось вычислить угловые координаты, которые равны серединам отрезков области определения:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Обратите внимание, что между вершинами лепестков должны обязательно получиться равные промежутки, в данном случае 120 градусов.

Чертёж желательно разметить на 60-градусные секторы (отграничены зелёными линиями) и провести направления вершин лепестков (серые линии). Сами вершины удобно наметить с помощью циркуля – единожды отмерять расстояние в 2 единицы и нанести три засечки на прочерченных направлениях в 30, 150 и 270 градусов:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Готово. Понимаю, что занятие хлопотное, но если хотите всё оформить по уму, то придётся потратить время.

Сформулируем общую формулу: уравнение вида Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– натуральное), задаёт полярную Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение-лепестковую розу, длина лепестка которой равна Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Например, уравнение Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениезадаёт четырёхлистник длиной в 5 единиц, уравнение Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– 5-лепестковую розу с длиной лепестка в 3 ед. и т.д.

О втором подходе я хотел вообще умолчать, однако не могу пройти мимо – уж слишком он распространён. Суть состоит в том, что полярная роза часто рассматривается в обобщённых полярных координатах, где полярный радиус может быть отрицательным. Вопрос области определения отпадает, но появляются другие приколы.

Во-первых, разберёмся, как строить точки с отрицательным значением «эр». Если Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, то необходимо мысленно найти точку с таким же углом, но радиуса Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеи отобразить её симметрично относительно полюса. Вернёмся к первой полярной розе Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеи рассмотрим интервал Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, на котором полярный радиус отрицателен. Как, например, изобразить точку Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение? Мысленно находим точку Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение(левый верхний сектор) и отображаем её симметрично относительно полюса в точку Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Таким образом, когда угол принимает значения из интервала Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, то прорисовывается ещё один лепесток в правом нижнем секторе:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
И, соответственно, когда угол проходит значения Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, то прорисовывается 4-ый лепесток в противоположном (левом верхнем) секторе:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Интересно отметить, что при таком подходе вторая полярная роза Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениесохраняет своё количество лепестков. А происходит это по одной простой причине: когда угол проходит пустующие секторы (ещё раз посмотрите на чертёж!), то полярный радиус принимает отрицательные значения и из этих пустых секторов точки отображаются напротив, ровнёхонько накладываюсь на «легальные» лепестки.

Сформулируем правило розы для обобщенной системы координат: уравнение вида Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– натуральное) задаёт полярную розу с длиной лепестка Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, при этом:

1) если Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение— чётное, то роза имеет ровно Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениелепестков;
2) если Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение— нечётное, то роза имеет ровно Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениелепестков.

Например, роза Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеимеет 8 лепестков, роза Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– пять лепестков, роза Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– 12 лепестков, роза Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– 7 лепестков и т.д.

А почему закономерность столь необычна, я только что проиллюстрировал геометрически.

Какой способ выбрать, решать вам, …но я бы не особо рекомендовал использовать обобщенные полярные координаты – у преподавателя могут появиться дополнительные вопросы на счет отрицательных значений полярного радиуса (а то и вообще всё будет забраковано по этой причине)

Короткая задача для самостоятельного решения:

Построить линии, заданные уравнением в полярных координатах

а) Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
б) Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Сформулировать общее правило о количестве и длине лепестков полярной розы вида Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение– натуральное)

В моём образце решение проведено 1-ым способом. Повторим порядок действий:

– Сначала находим область определения. При этом для лучшего понимания своих действий рекомендую соотносить аналитический способ «нарезки» с графической интерпретацией. По материалам урока Геометрические преобразования графиков выясните, как выглядят, и при необходимости начертите графики функций Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

– Находим угловые координаты вершин лепестков – они расположены ровно посередине промежутков области определения.

– Выполняем чертёж. Пойдёт схематическая версия, однако желательно разметить найдённые секторы и угловые направления вершин лепестков (в случае необходимости – с помощью транспортира). Вершины удобно засекать циркулем, предварительно установив раствор, равный длине лепестка.

Существуют более солидные и общие формулы окружности, полярной розы и желающие могут с ними ознакомиться в других источниках информации. Я лишь ограничился практически значимыми (с моей точки зрения) примерами.

Предлагаю перейти ко 2-ой части занятия под названием Как построить линию в полярной системе координат?, где мы продолжим рассматривать типовые задачи, и усовершенствуем свои навыки.

Решения и ответы:

Пример 3: Решение: найдём область определения:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Вычислим полярные координаты точек, принадлежащих данной линии:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Выполним чертёж:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Найдём уравнение линии в декартовой системе координат:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Проведём замены Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Выделим полный квадрат:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение – окружность с центром в точке Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение (координаты декартовы!) радиуса Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Дополнительная информация: уравнение вида Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение задаёт окружность диаметра Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение с центром в точке Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Пример 5: Решение:
а) Найдём область определения: косинус неотрицателен, когда его аргументнаходится в пределах от Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение до Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение рад. включительно. В данном случае: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Или:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.
Таким образом:
– отрезок Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение принадлежит области определения;
– интервал Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение – не принадлежит;
– отрезок Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение – принадлежит;
– интервал Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение – не принадлежит.
Область определения: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.
Роза имеет два лепестка, вершины которых находятся на полярной оси и её продолжении, длина лепестка равна Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
б) область определения: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Роза имеет три лепестка единичной длины с вершинами, имеющими следующие угловые координаты:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Выполним чертёж:
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Уравнение вида Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение – натуральное), задаёт полярную
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение-лепестковую розу, длина лепестка которой равна Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Если рассматривается обобщенная полярная система координат, то при чётном значения «ка» количество лепестков удваивается.

Автор: Емелин Александр

Высшая математика для заочников и не только >>>

(Переход на главную страницу)

Как можно отблагодарить автора?

Видео:Полярная система координатСкачать

Полярная система координат

Линии в полярной системе координат

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеПолярные координаты

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Связь полярных координат с декартовыми

M(x,y) и M( Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение,j):

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Окружности

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеа=const >0.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, а=const >0.

Спирали

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Архимедова спираль: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение=аj, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Гиперболическая спираль: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, a > 0.

Логарифмическая спираль: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Розы

Двухлепестковые розы: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Четырехлепестковые розы a > 0

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Лемниската Бернулли

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Вершины кривой находятся в точках Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Площадь каждой петли S=a 2 .

Кардиоида

В полярных координатах Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Вершина кардиоиды находится в точке А(2а,0).

Укажем, что площадь кардиоиды Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, а длина L=8a.

Параметрическое задание линий

Окружность

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениепараметрические уравнения окружности.

Исключим из параметрических уравнений параметр t. Для этого возведём эти уравнения в квадрат и сложим их:

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Циклоида

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениегде Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

При Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеполучаем первую арку циклоиды. Укажем, что длина дуги ОА1О1=8а, а площадь одной арки S=3 Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеa 2 .

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Астроида

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

где Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

В декартовых координатах уравнение астроиды

Длина астроиды L=6R, а площадь, ограниченная астроидой S=3pR 2 /8.

IV. Поверхности второго порядка

Эллипсоид

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Гиперболоиды

Однополостный гиперболоид

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Двуполостный гиперболоид

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Параболоиды

Эллиптический параболоид

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Гиперболический параболоид

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Конус

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Цилиндры

Эллиптический цилиндр

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Гиперболический цилиндр

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Параболический цилиндр

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

1. Ильин В.А. Аналитическая геометрия / В.А.Ильин, Э.Г.Позняк.
М.: Наука, ГФМЛ, 1988.

2. Бугров Е.С. Элементы линейной алгебры и аналитической геометрии /
Е.С. Бугров, С.М. Никольский. М.: Наука, 1984.

3. Бугров Е.С. Высшая математика: Задачник / Е.С. Бугров, С.М. Никольский. М.: Наука, 1982.

4. Сборник задач по математике для втузов: В 4 ч. Ч. 1: Векторная алгебра и аналитическая геометрия. Определители и матрицы системы линейных уравнений. Линейная алгебра. Основы общей алгебры / А. В. Ефимов, А. Ф. Каракулин, И. Б. Кожухов и др. / Под ред. А. В. Ефимова, А. С. Поспелова. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Физматлит, 2003. — 288 с.: ил.; 21 см. — ISBN 5-940520-34-0.

5. Беклемишев Д.В. Курс аналитической геометрии и линейной алгебры /
Д.В.Беклемишев. М.: Наука, 1984.

6. Наумов В.А. Руководство к решению задач по линейной алгебре и аналитической геометрии / В.А.Наумов. М.: Наука, 1993.

7. Фадеев Д.К. Сборник задач по высшей алгебре / Д.К. Фадеев, Н.С. Соминский. М.: Наука, 1997.

8. Беклемишева Л.А. Сборник задач по аналитической геометрии и линейной алгебре / Л.А. Беклемишева, А.Ю. Петрович, И.А. Чубаров. М.: Наука, 1987.

9. Кузнецов Л.А. Сборник заданий по высшей математике / Л.А. Кузнецов М.: Высшая школа, 1994.

10. Минорский В.П. Сборник задач по высшей математике / В.П. Минорский. М.: Физматгиз, 1961.

11. Клетенник Д.В. Сборник задач по аналитической геометрии /
Д.В. Клетенник. М.: Наука, 1986.

12. Цубербиллер О.Н. Задачи и упражнения по аналитической геометрии /
О.Н. Цубербиллер. М.: Наука, 1970.

13. Косторкин А.И. Линейная алгебраическая геометрия / А.И. Косторкин,
Ю.И. Манин. М.: Наука, 1986.

14. Бахвалов С.Б. Сборник задач по аналитической геометрии /
С.Б. Бахвалов, П.С. Моденов, А.С. Пархоменко. М.: Наука, 1964.

Соболев Александр Борисович

Вигура Марина Александровна

Рыбалко Александр Федорович

Рыбалко Наталья Михайловна

Трояновская Людмила Юрьевна

Кассандров Игорь Николаевич

Дисциплина: ЕН.Ф.01 Математика. алгебра и геометрия

Модуль 2: Векторная алгебра. Геометрия: аналитическая геометрия в пространстве, на плоскости, кривые второго порядка, поверхности.

Подписано в печать Формат 60×84 1/16

Бумага писчая Плоская печать Усл.печ.л. 3,13

Уч.-изд.л. 2,6 Тираж Заказ Цена “C”

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО УГТУ–УПИ

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

ООО «Издательство УМЦ УПИ»620002, Екатеринбург, ул. Мира, 17

Видео:Построение кривой в полярной системе координатСкачать

Построение кривой в полярной системе координат

Исследовательская работа «Розы Гвидо Гранди»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

«Актуальность создания школьных служб примирения/медиации в образовательных организациях»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

САМАРСКИЙ КОЛЛЕДЖ СТРОИТЕЛЬСТВА И ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА (ФИЛИАЛ) ФГБОУ ВО «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

РОЗЫ ГВИДО ГРАНДИ

Окунев Игорь, студент Самарского колледжа строительства и предпринимательства ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». Научный руководитель – Егорова Н. С., преподаватель естественно-научных дисциплин.

1. Введение. Цель и задачи работы

2. Основная часть

2.1 Историческая справка

2.2 Разнообразие роз Гвидо Гранди

2.3 Полярная система координат

2.4 Общие свойства роз Гвидо Гранди

2.5 Связь с другими замечательными кривыми

«Узоры математики, как и узоры художника или узоры поэта, должны быть красивы, идеи, как и краски или слова, должны сочетаться гармонически. Красота является первым критерием: в мире нет места для безобразной математики» (Дж.Х. Харди).

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Математика-это наука, которая изучает величины, количественные отношения и пространственные формы, описывает процессы, происходящие в окружающем нас мире. Законы математики и решения математических задач приложены ко всем областям человеческой деятельности. Линии занимают особое положение в математике. Используя линии, можно создать наглядные модели многих процессов и проследить их течение во времени. Линии позволяют установить и исследовать функциональную зависимость между различными величинами. С помощью линий удается решать многие научные, инженерные задачи в различных отраслях жизни. Меня заинтересовали кривые, заданные в полярных координатах. Среди них можно назвать спираль Архимеда, логарифмическую спираль, кардиоиду, лемнискату, астроиду, розы Гвидо Гранди. Больше других мое внимание привлекла математическая кривая, похожая на цветок — полярная роза или роза Гвидо Гранди, и я в своей работе хочу исследовать многообразие форм «роз» Гвидо Гранди.

Исследовать, как изменяются кривые Гвидо Гранди, заданные в полярной системе координат в зависимости от различных значений параметров

1. Установить связь между количеством лепестков, их формул и симметричности получившегося рисунка.

2. Получить большое разнообразие форм «роз» Гвидо Гранди.

3. Изучить использование полярных координат в жизни, искусстве, науке, технике и применить на практике.

2.1 Историческая справка

В 18 веке итальянский геометр Гвидо Гранди (1671-1742) создал кривые линии с точными плавными очертаниями. Они были похожи на цветок. Семейство этих кривых было названо семейством роз Гвидо Гранди. Их точные черты не причуды природы, они предопределены особо подобранными математическими зависимостями. Эти зависимости были подсказаны самой природой, ведь в большинстве случаев абрис листа или цветка представляет собой кривую, симметричную относительно оси. Свои очаровательные цветы Гвидо Гранди собрал в одну книгу и назвал ее «Цветник роз» . Гранди извест ен своей работ ой «Flores geometrici» (1728). Данная работа позволяет изучать крив ые , котор ые име ю т форму лепестков цветка. Он назвал розы кривой rhodonea и назвал крив ую Clelia в честь графин и Клели и Борромео .

Уравнение розы Гвидо Гранди в полярных координатах имеет вид

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Задавая параметр Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеотношением натуральных чисел можно получить замкнутые кривые, при определенных условиях превращающиеся в лепестковые цветы или в ажурные розетки, которые могут служить элементами декора или орнамента.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

2.2. Разнообразие роз Гвидо Гранди

Рассмотрим уравнение кривой Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Возьмём для начала любое a и k -чётное число, тогда получим «розу» с количеством лепестков 2 k , и длина от начала координат до вершины лепестков будет равна радиусу описанной окружности a . Кривые симметричны относительно оси ординат, оси абсцисс и начала координат.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Если мы возьмём любое a и k -нечётное число, то получим цветок из k лепестков. Мы замечаем, что в одном случаи есть лепесток, направленный по оси ординат вверх, а в другом вниз. Это зависит от значения k . Вниз лепесток будет направлен при k =3 и при всех последующих нечётных через одно число, вверх – при k =5 и при всех следующих нечетных числах через одно. Кривые симметричны относительно оси ординат. Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Рассмотрим уравнение кривой Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Мы замечаем, что количество лепестков стало зависеть от c и b .Если c=1, а b =2 получаем кривую, напоминающую 2 кардиоиды, «наползшие» друг на друга. Если b=3, то мы получим кардиоиду с петлей «внутри себя». Если b>3 мы получим закольцованную спираль, в центре которой будет кардиоида (1 или 2). Если c > b , c -любое нечётное число, b -любое нечётное число и получившаяся дробь не сокращается до целого числа, тогда мы получаем «розу» из c -лепестков, у которого они находят друг на друга. При c =5 и всех последующих нечётных чисел через одни, один лепесток «розы» будет направлении вниз по оси ординат. По аналогии при c =7 и при всех последующих нечётных числах один лепесток направлен вверх по оси ординат. Кривая симметрична относительно оси ординат.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Если c > b , c -любое чётное число, b -любое нёчетное и получившаяся дробь не сокращается до целого числа, то мы имеем «розу» из лепестков количеством 2 c . Они ложатся друг на друга. Кривые симметричны относительно начала координат, оси ординат и абсцисс.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Если мы зададим значения c > b , c -любое нечётное число, b -любое чётное и получившаяся дробь не сокращается до целого числа, тогда увидим цветы с количеством лепестков 2 c . Они будут накладываться друг на друга. Кривые симметричны относительно начала координат, оси ординат и абсцисс.

Рассмотрим уравнение кривой Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Если k -чётное число, и мы будем прибавлять | m |>5 , то наша «роза» из 2k лепестков будет переходить в кривую, стремящуюся к форме окружности. Чем больше m и чем меньше a , тем более округленный цветок мы получим

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Если k -нечётное число, и если будем прибавлять числа | m |>5 , то наша кривая в форме цветка будет переходить в окружность. Чем больше m и чем меньше a , тем более округленный цветок мы получим.

2.3. Полярная система координат.

Положение любой точки P в пространстве (в частности, на плоскости) может быть определено при помощи той или иной системы координат. Числа (или другие символы), определяющие положение точки, называются координатами этой точки. В зависимости от целей и характера исследований выбирают различные системы координат. Рассмотрим полярную систему координат.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Полярная система координат — двухмерная система координат, в которой каждая точка на плоскости определяется двумя числами — полярным углом и полярным радиусом. Полярная система координат особенно полезна в случаях, когда отношения между точками проще изобразить в виде радиусов и углов; в более распространённой, декартовой или прямоугольной системе координат, такие отношения можно установить только путём применения тригонометрических уравнений.
Полярная система координат задаётся лучом, который называют нулевым или полярной осью. Точка, из которой выходит этот луч, называется началом координат или полюсом. Итак: положительным направлением отсчета углов считается направление «против часовой стрелки»

Основными понятиями этой системы являются точка отсчёта – полюс, и луч, начинающийся в этой точке – полярная ось.

Полярный радиус ρ – длина отрезка О P

Полярный угол φ – величина угла между полярной осью и отрезком О P .

Переход от полярной системы координат к декартовой

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Если полюс полярной системы координат совместить с началом прямоугольной системы координат, а полярную ось с положительной полуосью Ox, то по известным полярным координатам точки А (ρ;φ) её прямоугольные координаты вычисляются по формулам:

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

2.5 Общие свойства роз Гвидо Гранди

Семейство роз Гранди имеет свойство, которое в природе не сразу и заметишь: так как

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение,

то вся кривая расположена внутри круга единичного радиуса. В силу периодичности тригонометрических функций роза состоит из одинаковых лепестков, симметричных относительно наибольших радиусов, каждый из которых равен 1.

Наиболее красивые «цветы» получаются при k = 2 (четырехлепестковая роза) и при k = 3 (трехлепестковая роза).

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Покажем, как построить трёхлепестковую розу. Для построения этой кривой сначала заметим, что поскольку полярный радиус неотрицателен, то должно выполняться неравенство Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, решая которое находим область допустимых углов: Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

В силу периодичности функции Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение(ее период равен Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение) достаточно построить график для углов Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениев промежутке Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, а в остальных двух промежутках использовать периодичность. Итак, пусть Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение. Если угол Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеизменяется от 0 до 1, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеизменяется от 0 до 1, и, следовательно, Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеизменяется от 0 до 1. Если угол изменяется от Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, то радиус изменяется от 1 до 0. Таким образом, при изменении угла Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеот 0 до Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение, точка на плоскости описывает кривую, похожую на очертания лепестка и возвращается в начало координат. Такие же лепестки получаются, когда угол Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеизменяется в пределах от Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениедо π и от Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениедо Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Рассмотрим теперь, как построить кривую, заданную в полярной системе координат уравнением ρ= sin(2 ∗ 𝜑) .

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Функция Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение— периодическая с периодом π, кроме того,

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение,

поэтому достаточно построить кривую в первой четверти, потом зеркально отразить ее относительно оси Оу и использовать периодичность для построения кривой в третьей и четвертой четвертях.

Функция Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениена отрезке [0; Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениемонотонно возрастает с 0 до 1 , а на отрезке [ Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение] монотонно убывает от 1 до 0. Таким образом, мы получили лепесток розы, лежащий в первой четверти. Остальные три лепестка получатся, если построить кривую в оставшихся четвертях.

Отметим следующие интересные свойства четырехлепестковой розы:

• четырехлепестковая роза есть геометрическое место оснований перпендикуляров, опущенных из начала координат на отрезок длиной 1, концы которого скользят по координатным осям;

• площадь, ограничиваемая четырехлепестковой розой, равна Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

Вообще, если k — натуральное число, то роза состоит из 2k лепестков при четном k и из k лепестков при k нечетном.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

2.6.Связь с другими кривыми

Видео:Математика Без Ху!ни. Полярные координаты. Построение графика функции.Скачать

Математика Без Ху!ни. Полярные координаты. Построение графика функции.

Замечательные кривые

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Кардиоида (от греческих слов сердце и вид) – получила свое название из-за схожести своих очертаний со стилизованным изображением сердца.

Определяется уравнением в полярных координатах

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение.

(a — радиус окружности)

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

В Древней Греции «лемнискатой» называли бантик, с помощью которого прикрепляли венок к голове победителя в спортивных играх. Эту лемнискату называют в честь швейцарского математика Якоба Бернулли, положившего начало ее изучению.

Определяется уравнением в полярных координатах:

(с – половина расстояния между фокусами лемнискаты)

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Полярная роза – известная математическая кривая, похожая на цветок. Определяется уравнением в полярных координатах

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Спираль Архимеда – названа в честь ее изобретателя, древнегреческого математика Архимеда. Определяется уравнением в полярных координатах

Видео:Глаза гипножабы и площадь фигур в полярной системе координатСкачать

Глаза гипножабы и площадь фигур в полярной системе координат

Применение полярных координат

В фотографии

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Вертикальные линии после того, как к ним применен фильтр (переводящий координаты точек из прямоугольной системы в полярную), стали расходиться из центральной точки.

В экономике

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Необычный формат биржевых графиков предложил в 1990-е годы российский математик Владимир Иванович Елисеев

Ф – время её совершения

Используя такую систему координат, относительно просто связать градусы и время (в году 365 дней, в окружности – 360 градусов)

В военном деле

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Координаты цели могут выдаваться в полярной системе координат (азимут, дальность), прямоугольной (X, Y), геодезической (широта, долгота).

В медицине

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Компьютерная томография сердца в системе полярных координат .

В системах идентификации человека

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Результат преобразования кольца радужной оболочки из декартовой системы координат в полярную.

В различных областях науки и техники

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Измерительный проектор предназначен для измерения различных параметров в прямоугольной и полярной системах координат

Применяется в измерительных лабораториях и цехах предприятий точного приборостроения, машиностроения, микроэлектроники, в инструментальном производстве, а также в лабораториях НИИ.

В математическом дизайне и архитектуре малых форм

С помощью выращенных цветов, различных кривых в полярных координатах и графических редакторов можно сделать, например различные рисунки, рамки-орнаменты, или украсить ими различные предметы. Орнамент — украшение, узор, состоящий из ритмически организованных повторяющихся элементов, которые композиционно могут образовывать орнаментальный ряд.

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

В ландшафтном дизайне

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение

2.7 Практическая часть

Так как я обучаюсь в Самарском колледже строительства и предпринимательства, то данная тема мне близка и актуальна. На отделении садово-парковое и ландшафтное строительство студенты создают эскизы и макеты цветников, клумб и альпийских горок. Трехлепестковая роза в полярной системе координат уравнениеТрехлепестковая роза в полярной системе координат уравнение
На отделении строительство зданий и сооружений, на уроках архитектуры изучают и создают современные орнаменты.

Мной созданы несколько эскизов орнамента. Изучение линий Гвидо Гранди натолкнуло меня выполнить эскизы орнамента в виде кардиоид и роз. Несколько моих разработок я здесь представлю.

📽️ Видео

Занятие 01. Часть 3. Полярная система координатСкачать

Занятие 01. Часть 3. Полярная система координат

Площади 12Скачать

Площади 12

Видеоурок "Полярная система координат"Скачать

Видеоурок "Полярная система координат"

Площадь фигуры, заданной в полярной системе координатСкачать

Площадь фигуры, заданной в полярной системе координат

Полярная система координат.Скачать

Полярная система координат.

§7 Розы ГрандиСкачать

§7 Розы Гранди

§12 Полярное уравнение прямойСкачать

§12 Полярное уравнение прямой

Полярная система координатСкачать

Полярная система координат

Площадь фигуры через двойной интеграл в полярных координатахСкачать

Площадь фигуры через двойной интеграл в полярных координатах

Скорость и ускорение точки в полярных координатахСкачать

Скорость и ускорение точки в полярных координатах

§30 Уравнения кривых второго порядка в полярных координатахСкачать

§30 Уравнения кривых второго порядка в полярных координатах

Полярные координаты. Полярное уравнение эллипса.Скачать

Полярные координаты. Полярное уравнение эллипса.

Площадь пересечения эллипсов и двойной интеграл в полярной системе координатСкачать

Площадь пересечения эллипсов и двойной интеграл в полярной системе координат

Лекция 22. Декартова система координат на плоскости и полярная система координатСкачать

Лекция 22. Декартова система координат на плоскости и полярная система координат

§52 Полярная система координатСкачать

§52 Полярная система координат

Полярная система координатСкачать

Полярная система координат
Поделиться или сохранить к себе: