當你沿著橢圓,雙曲線,拋物線行走時會到達哪裡呢?

2020-12-11 電子通信和數學

當你沿著橢圓,拋物線,雙曲線行走時會到哪裡呢,本篇來回答這個問題。

我們從投影的概念入手,省去數學的推導,也很容易理解。

平面與圓錐體的截交線,我們稱之為圓錐曲線,根據截平面的傾斜程度不同,共有三種類型的圓錐曲線。

中心投影概念:

投影線交於一點的就是中心投影,投影中心相等於一個光源,如下圖所示。

第一種橢圓:當截平面傾斜度程度比圓錐體的小時,以圓錐體的頂點為投影中心點(光源中心),把圓從水平面上投影到傾斜的截平面上,就得到橢圓。

可以看到底面上的圓經過投影中心全部出現在截平面上,所表現出來的投影軌跡就是橢圓。

所以等你沿著橢圓行走時,類似於沿著圓的軌跡行走,做周期運動。

第二種拋物線:當截平面傾斜度程度和圓錐傾斜程度相等時,以圓錐體的頂點為投影中心點(光源中心),把圓從水平面上投影到傾斜的截平面上,就得到拋物線。

注意,因為截平面與圓錐傾斜度相同,所以底面圓上始終有一點無法過投影中心投到截平面上,他被投影到截平面的無窮遠點,這說明拋物線就是其中有一點位於無窮遠處的圓。

所以等你沿著拋物線行走時,將達到一個無窮遠點。通過無窮遠點的直線就是圓的切線。

第三雙曲線:當截平面傾斜度程度比圓錐體的大時,以圓錐體的頂點為投影中心點(光源中心),把圓從水平面上投影到傾斜的截平面上,就得到雙曲線。

注意,底面圓位於截平面之後的部分投影到截平面上,猶如一個碗狀,但剩餘的圓投影到哪裡去了,會發現,它經過投影中心投影到圓錐體的上方,此時圓的投影是兩個碗狀的曲線,一個開口向上,有一個開口向下。這就是雙曲線。

會發現當其中一個母線平行於截平面時,這個點的投影將延伸到截平面的無窮遠處(類似拋物線性質),這樣的母線有兩條,所以底面圓上將有兩個這樣的無窮遠點的投影伸向無窮遠。

得到當底面圓向截平面投影時,圓的一部分投向圓錐的下方,在經過無窮遠點後,圓的另一部分又投向圓錐的上方,在經過無窮遠點後,又回到圓錐的下方。這就是雙曲線的軌跡。

所以當我們沿著雙曲線旅行時,我們首先動身前往一個方向的無窮遠點,在經過此方向的無窮遠點後,我們會發現自己正沿著雙曲線的另外一個分支在走。

結果表明,圓的每一個投影都是一個圓錐曲線,無論你對圓怎麼投影,你得到的不是橢圓,就是拋物線或者雙曲線。除此外並沒有其他任何曲線和圓在投影上是等價的。

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