重新认识最速降线(一)

重新认识最速降线(一)1 问题来源 在一个斜面上 摆两条轨道 一条是直线 一条是曲线 起点高度以及终点高度都相同 两个质量 大小一样的小球同时从起点向下滑落 曲线的小球反而先到终点 这是由于曲线轨道上的小球先达到最高速度 所以先到达

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重新认识最速降线(一)

图一最速降线示例



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1696年,瑞士数学家约翰•伯努利解决了这个问题,他还拿这个问题向其他数学家提出了公开挑战。牛顿、莱布尼兹、洛比达以及雅克布•伯努利等解决了这个问题。这条最速降线就是一条摆线,也叫旋轮线。

旋轮线的参数方程如下:

重新认识最速降线(一)

旋轮线方程

设:r=1 绘图如下

重新认识最速降线(一)

Mathcad15绘制

2.旋轮线的几何意义

以上公式的证明也是变分法发展的一个标志,是比较复杂的数学问题(证明略)。

为什么说是“旋轮线”呢?这是表达其构造方法的用词,即一个旋转的车轮上某一点旋转一周所扫过的曲线。

重新认识最速降线(一)

重新认识最速降线(一)

重新认识最速降线(一)

重新认识最速降线(一)

3.几种曲线的示例

上述是旋轮线的构造方法,如果想验证其在仅受重力时的下降性能,定义如下函数:

重新认识最速降线(一)

三维坐标里的旋轮线参数方程

绘图如下:

重新认识最速降线(一)

为了验证最速线的性质,同时构造过A,B,C三点的抛物线、圆形线、椭圆线,绘图如下:

重新认识最速降线(一)

如果小球从A点下落,下落的次序是怎样的呢?

(待续。。。)

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