等角螺线
数学术语
等角螺线,指的是臂的距离以几何级数递增的螺线。设 L 为穿过原点的任意直线,则 L 与等角螺线的相交的角A永远相等(故其名),而此值为 arccot(b)。
定义
等角螺线、对数螺线或生长螺线是在自然界常见的螺线,在极坐标系(r, θ)中,这个曲线可以写为
因此叫做“对数”螺线
定理
推出: ,推出:角 。设 C 为以原点为圆心的任意圆,则 C 与等角螺线的相交的角永远相等,而此值为 ,名为「倾斜度
等角螺线是自我相似的;这即是说,等角螺线经放大后可与原图完全相同。
等角螺线的渐屈线和垂足线都是等角螺线。
原点到等角螺线的任意点上的长度有限,但由该任意点出发沿等角螺线走到原点却需绕原点转无限次。这是由 Torricelli 发现的。(指数函数的取值范围为负无穷到正无穷,x轴是渐近线,因此极径r永远不会等于0,也即无法到达原点o)
建造等角螺线
在复平面上定义一个复数 ,其中 ,那么连起 z、z2、z3…… 的曲线就是一条等角螺线。
若 L 是复平面中的一条直线且不平行于实数或虚数轴,那么指数函数 ez 会将这些直线映像到以 0 为中心的等角螺线。
使用黄金长方形:
自然现象
鹦鹉螺的贝壳像等角螺线
菊的种子排列成等角螺线
鹰以等角螺线的方式接近它们的猎物
昆虫以等角螺线的方式接近光源
蜘蛛网的构造与等角螺线相似
旋涡星系的旋臂差不多是等角螺线。银河系的四大旋臂的倾斜度约为 12°。
低气压(热带气旋、温带气旋等)的外观像等角螺线
历史
等角螺线是由笛卡儿在1638年发现的。雅各布.伯努利后来重新研究之。他发现了等角螺线的许多特性,如等角螺线经过各种适当的变换之后仍是等角螺线。他十分惊叹和欣赏这曲线的特性,故要求死后将之刻在自己的墓碑上,并附词「纵使改变,依然故我」(eadem mutata resurgo)。可惜雕刻师误将阿基米德螺线刻了上去。
等角螺线又称为对数螺线。
参考资料
最新修订时间:2024-06-21 20:58
目录
概述
定义
定理
参考资料