§3. 参变量函数的导数

发布时间 2023-09-11 09:22:13作者: mengqing80

掌握参变量方程的求导法则。记住参变量函数的求导公式和极坐标下向径与切线的夹角的正切公式.

 

 

等角螺线对数螺线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

 

 因此叫做对数螺线之所以叫等角螺线,是因为在极坐标中,螺线和射线的夹角始终是一个固定夹角,如下图所示,蓝线每次穿过射线时,其夹角是固定的,也就是等角

 

鹦鹉螺的贝壳像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旋涡星系的旋臂差不多是等角螺线。低气压(热带气旋、温带气旋等)的外观像等角螺线

 

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」。可惜雕刻师误将阿基米德螺线刻了上去。(阿基米德螺线的极坐标方程式为:

 

斐波那契数列就是1123581321345589……这样的数列。

 

其特点是前两个数加起来就是下一个数

 

用这些数画出来的半圆,可以拼接成下面的螺线形状,这就是斐波那契螺线。

      

 

不过斐波那契螺线仅仅是对一种叫黄金螺线(Golden spiral)的近似,黄金螺线是一种内涵黄金分割比例的对数螺线,下图红色的才是黄金曲线,绿色的是假黄金螺线(斐波那契螺线),近似却不重合。

 

因为对数螺线具有等角性,受环境影响,很多直线运动会转变为等角螺线运动。

 

我们以飞蛾扑火为例:

 

亿万年来,夜晚活动的蛾子等昆虫都是靠月光和星光来导航,因为天体距离很远,这些光都是平行光,可以作为参照来做直线飞行。如下图所示,注意蛾子只要按照固定夹角飞行,就可以飞成直线,这样飞才最节省能量。

 

但自从人类学会了使用火,这些人造光源因为很近,光线成中心放射线状,可怜的蛾子就开始倒霉了。蛾子还以为按照与光线的固定夹角飞行就是直线运动,结果越飞越坑爹,飞成了等角螺线,最后飞到火里去了,这种现象还被人类称为昆虫的正趋光性。