几何图形的定理及推理(有趣的数学摆线)(1)

摆线,几何学的“海伦” (The Helen of Geometry) ,是数学中比较独特而有趣的曲线 之一,它被定义为:“在一个直线运动的圆上, 某一固定点所经过的轨迹连成的曲线”,又叫做摆线。

几何图形的定理及推理(有趣的数学摆线)(2)

最早介绍摆线的参考书,是1501年由査尔斯•鲍威尔(Charles Bouvelles)出版发行的。但是,17世纪,许多著名的数学家(伽利略、 帕司科、托里切利、笛卡儿、符麦特、壬、沃利斯、惠更斯、乔恩•贝诺利、 莱布尼兹、牛顿)都致力于发现它的性质和特征。17世纪,人们热衷于用数学来研究机械学和运动学,这也许可以解释为什么人们对摆线也产生了浓厚的兴趣。同当时的许多数学发现一样,摆线也有着许多争论,争论谁最先发现了什么原理,相互指责对方剽窃,以及贬低对方 的成果。结果,摆线被贴上了 “祸根”这样的标签,叫做几何学的“海伦”,或者引起纷争的“金苹果” 。17世纪期间,人们发现了摆线的 很多特征:

有许多引人人胜的隽语都与摆线有关,下面这句关于火车的隽语就 特别有趣:

在任何时候,行进中的火车都不会完全朝着发动机牵引的方向前进,其本身总有一部分朝着相反的方向做运动。

这个似是而非的隽语就能够用摆线来解释。这里是一条曲线,叫做长辐圆滚线——旋转轮外的某一固定点形成的轨迹。这个图形表明,当火车朝前移动时,火车轮上有些部分在做着向后的运动。

几何图形的定理及推理(有趣的数学摆线)(3)

几何图形的定理及推理(有趣的数学摆线)(4)

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