7 бесплатных онлайн-сервисов для 3d-моделирования

Исследование на плоскости уравнения второй степени

Рассмотрим уравнение:

(7.9)

где среди коэффициентов А, В, С есть отличные от нуля, т.е. (7.9) — уравнение второй степени относительно х и у.

Возьмем на плоскости две прямоугольные системы координат: Оху, которую будем называть старой, и новую, полученную из Оху поворотом ее вокруг начала координат на угол

Старые координаты х, у выражаются через новые координаты по формулам:

(7.10)

Подставив выражения для х и у в уравнение (8), получим: (7.11)

Это уравнение в системе координат задает ту же линию, что и уравнение (7. 9) в системе Оху.

Если в уравнении (7.9) , то за счет выбора угла а в (7.10) можно добиться того, что В’ = 0. Для этого угол а надо взять таким, чтобы . Поэтому будем считать В’= 0, тогда уравнение (7.11) примет вид:

(7.12)

Преобразуя это уравнение и применяя параллельный перенос координатных осей, придем к уравнению:

(7.13)

В зависимости от знаков коэффициентов уравнения (7.13) рассмотрим следующие случаи:

  • I. тогда уравнение (7.13) примет вид Это уравнение эллипса.
  • II. , то, обозначив имеем Этому уравнению не удовлетворяет ни одна точка с координатами x, у. Следовательно, это уравнение задает пустое множество.
  • III. Обозначая приведем уравнение (12) к виду Это уравнение гиперболы.
  • IV. Случаи новых результатов не дают.
  • V. Тогда уравнение (7.13) можно привести к виду . Это уравнение задает пару прямых пересекающихся в начале координат.

Рассматривая далее методично все случаи, придем к выводу: уравнение вида (7.9) задает одну из следующих фигур: эллипс, гиперболу, параболу, пару пересекающихся прямых, пару параллельных прямых, прямую, точку или пустое множество.

ИНВАРИАНТЫ И СВОДНАЯ ТАБЛИЦА

Любая кривая второго порядка  характеризуется  тремя инвариантами, имеющими вид

\(I_2=begin{pmatrix}a_1&frac{a_3}{2}%20%20frac{a_3}{2}&%20a_2end{pmatrix}\)

\(I_3=K_2=begin{pmatrix}a_1&%20frac{a_3}{2}%20&frac{a_4}{2}frac{a_3}{2}&%20a_2&frac{a_5}{2}frac{a_4}{2}&%20frac{a_5}{2}&a_6end{pmatrix}\)

 https://img.abakbot.ru/cgi-bin/mathtex.cgi?I_3=K_2=begin{pmatrix}a_1&%20frac{a_3}{2}%20&frac{a_4}{2}frac{a_3}{2}&%20a_2&frac{a_5}{2}frac{a_4}{2}&%20frac{a_5}{2}&a_6end{pmatrix}

И одним семиинвариантом

если Вам интересно, откуда они появились, то рекомендуем  прочитать книгу «Аналитическая геометрия — Делоне»

Характеристическое уравнение кривой второго порядка:

Таким образом сводная таблица имеет вид

Признак типа Признак класса Название Приведенное уравнение Каноническое уравнение
Эллипс
Мнимый эллипс
Точка
Гипербола
Пара пересекающихся прямых
Окружность
Парабола
Пара паралельных прямых
Пара мнимых паралельных прямых
Пара совпадающих прямых

Анализируя написанные онлайн калькуляторы по этой теме, нашел интересную «особенность». Попробовав рассчитать по трем точкам  кривую второго порядка, зная что эти точки принадлежат окружности, я с завидным постоянством получал ответ, что графиком(формой)полученного уравнения кривой является эллипс.

Нет формально, конечно стоит признать что окружность является частным примером эллипса, но ведь можно пойти дальше и признать что и эллипс и гипербола и парабола, являются лишь частным примером кривой второго порядка общего вида,  и в ответах таких калькуляторов выдавать ответ  пользователю «вы получили уравнение второго порядка» и всё…  не соврали же…

Такое сверхлегкое трактование и смешение определений геометрических фигур, никак не способствует пониманию  и сути решаемых задач. Это как в анекдоте «А теперь нарисуем квадрат со сторонами 3 на 4″(с)  И не поймешь то ли рисовать квадрат, то ли прямоугольник….

Гипербола

Гиперболой называется линия, состоящая из всех точек плоскости, модуль разности расстояний от которых до двух данных точек есть величина постоянная (не равная нулю и меньшая, чем расстояние между ).

Точки называются фокусами гиперболы. Пусть по-прежнему расстояние между фокусами равно 2с. Модуль расстояний от точек гиперболы до фокусов обозначим через а. По условию, а

Выбрав декартову систему координат, как в случае эллипса, и используя определение гиперболы, составляем ее уравнение: (7.6) где ху — координаты произвольной точки гиперболы,

Уравнение (7.6) называется каноническим уравнением гиперболы.

Из уравнения (7.6) видно, что . Это означает, что вся гипербола располагается вне полосы, ограниченной прямыми х = -а и х = а.

Так как в уравнение входят только четные степени x и у, то гипербола симметрична относительно каждой из координатных осей и начала координат. Поэтому достаточно построить эту кривую в первой четверти: в остальных четвертях гипербола строится по симметрии. Из уравнения (7.6) для первой четверти, имеем:

График этой функции от точки A(а,0) уходит неограниченно вправо и вверх (Рис. 7.7), и как угодно близко подходит к прямой:

Поэтому говорят, что гипербола асимптоматически приближается к прямой (7.7), и эту прямую называют асимптотой гиперболы. Из симметрии гиперболы следует, что у нее две асимптоты

Построим гиперболу. Сначала строим, так называемый, основной прямоугольник гиперболы, центр которой совпадает с началом координат, а стороны равны 2а и 2Ь параллельны осям координат. Прямые, на которых расположены диагонали этого прямоугольника, являются асимптотами гиперболы. Сделаем рисунок гиперболы (Рис. 7.8).

Гипербола состоит из двух отдельных ветвей. Центр симметрии гиперболы называется ее центром, оси симметрии называются осями гиперболы. Точки , пересечения гиперболы с осью Ох называются вершинами гиперболы. Величины а и Ь называются полуосями гиперболы. Если а=Ь, то гипербола называется равносторонней.

Эксцентриситетом гиперболы называется число. Для любой гиперболы . Эксцентриситет характеризует форму гиперболы: чем меньше, тем больше вытягивается гипербола вдоль оси Ох. На рисунке 7.9 изображены гиперболы с различными значениями £.

Фокальными радиусами точки гиперболы называются отрезки прямых, соединяющие эту точку с фокусами. Их длины и задаются формулами:

Для правой — ветви ,

Для левой — ветви

Прямые называются директрисами гиперболы. Как и в случае эллипса, точки гиперболы характеризуются соотношением

Эллипсоид. Гиперболоиды. Параболоиды. Цилиндры и конус второго порядка

Эллипсоид

Эллипсоидом называется поверхность, уравнение которой в некоторой прямоугольной декартовой системе координат Oxyz имеет вид

где а ≥ b ≥ с > 0. Для того, чтобы выяснить, как выглядит эллипсоид, поступим следующим образом. Возьмем на плоскости Oxz эллипс

и будем вращать его вокруг оси Oz (рис. 46).

Полученная поверхность

— эллипсоид вращения — уже дает представление о том, как устроен эллипсоид общего вида. Чтобы получить его уравнение, достаточно равномерно сжать эллипсоид вращения . вдоль оси Оу с коэффициентом — ≤ 1, т. с. заменить в его уравнении у на y 5).

Гиперболоиды

Вращая гиперболу

вокруг оси Oz (рис. 47), получим поверхность, называемую однополостным гиперболоидом вращения. Его уравнение имеет вид

получается тем же способом, что и в случае эллипсоида вращения.

5) Эллипсоид вращения («) можно получить равномерным сжатием сферы х 2 + у 2 + z 2 = а 2 вдоль оси Оz с коэффициентом — ≤ 1.

Путем равномерного сжатия этой поверхности вдоль оси Оу с коэффициентом ≤ 1 получим однополостный гиперболоид общего вида. Его уравнение

получается тем же способом, что и в разобранном выше случае эллипсоида. Путем вращения вокруг оси Oz сопряженной гиперболы

получим двуполостный гиперболоид вращения (рис.48). Его уравнение

Путем равномерного сжатия этой поверхности вдоль оси Оу с коэффициентом ≤ 1 приходим к двуполостному гиперболоиду общего вида. Заменой у на у получаем его уравнение

Эллиптический параболоид

Врашая параболу

вокруг оси Oz (рис.49), получаем параболоид вращения. Его уравнение имеет вид

Путем сжатия параболоида вращения вдоль оси Оу с коэффициентом получаем эллиптический параболоид. Его уравнение

получается из уравнения параболоида вращения

путем замены у на . Если р < 0, то получаем параболоид вида, указанного на рис. 50.

Гиперболический параболоид

Гиперболическим параболоидом называется поверхность, уравнение которой в некоторой прямоугольной декартовой системе координат Oxyz имеет вид

где р > 0, q > 0. Вид этой поверхности определим, применив так называемый метод сечений, который заключается в следующем: параллельно координатным плоскостям проводятся плоскости, пересекающие исследуемую поверхность, и по изменению конфигурации возникающих в результате плоских кривых делается вывод о структуре самой поверхности.

Начнем с сечений плоскостями z = h = const, параллельными координатной плоскости Оху. При h > 0 получаем гиперболы

при h < 0 — сопряженные гиперболы

при h = 0 — пару пересекающихся прямых

Заметим, что эти прямые являются асимптотами для всех гипербол (т. е. при любом h ≠ 0). Спроектируем получаемые кривые на плоскость Ох у. Получим следующую картину (рис. 51). Уже это рассмотрение позволяет сделать заключение о седлообразном строении рассматриваемой поверхности (рис. 52).

Рассмотрим теперь сечения плоскостями

у = h.

Заменяя в уравнении поверхности у на h, получаем уравнения парабол (рис.53).

Аналогичная картина возникает при рассечении заданной поверхности плоскостями

х = h.

В этом случае также получаются параболы

ветви которых направлены вниз (а не вверх, как для сечения плоскостями у = h) (рис. 54).

Используя последние два типа сечений, приходим к заключению, что гиперболический параболоид можно получить путем параллельного переноса параболы х2 = 2pz вдоль параболы у2 = -2qz, или наоборот (рис. 55).

Замечание:

Методом сeчeний можно разобраться в строении и всех ранее рассмотренных поверхностей второго порядка. Однако путем вращения кривых второго порядка и последующего равномерного сжатия к пониманию их структуры можно прийти проще и значительно быстрее.

Оставшиеся поверхности второго порядка по существу уже рассмотрены ранее. Это цилиндры:

представление о котором можно получить либо путем вращения пары пересекающихся прямых

вокруг оси Oz и последующего сжатия, либо методом сечений. Конечно, в обоих случаях получим, что исследуемая поверхность имеет вид, указанный на рис. 59.

Конус второго порядка.

Рассмотрим на плоскости \(P\) пару пересекающихся прямых, задаваемую в системе координат \(O, \boldsymbol{e}_{1}, \boldsymbol{e}_{3}\) уравнением \(a^{2}x^{2}-c^{2}z^{2}=0\). Поверхность, получаемая вращением этой линии вокруг оси аппликат, имеет уравнение
$$
a^{2}(x^{2}+y^{2})-c^{2}z^{2}=0\label{ref5}
$$
и носит название прямого кругового конуса (рис. 10.4). Сжатие к плоскости \(y=0\) переводит прямой круговой конус в поверхность с уравнением
$$
a^{2}x^{2}+b^{2}y^{2}-c^{2}z^{2}=0\label{ref6}
$$
называемую конусом второго порядка.

Обратите внимание на то, что левая часть уравнения \eqref{ref6} — однородная функция, и поверхность является конусом в смысле определения, введенного. Рис

10.4. Прямой круговой конус

Рис. 10.4. Прямой круговой конус.

Desmos

Портал Desmos.com, в отличие от многих других, может хранить ваши графики в своей базе и позволяет делиться с другими юзерами ссылками на них. Однако для этого придется зарегистрироваться на ресурсе.

Поддерживает построение следующих видов графиков:

  • постоянных функций (например, y=x+2);
  • зависимости x от y (x=√(2-y));
  • неравенств (x≤2-y);
  • кусочно-заданных функций (y={x<0: -x, x});
  • в полярных координатах (r(t)=sin(6t));
  • по точке и группе точек ((1,2), (2,3), (3,4));
  • движения точки;
  • функций с параметром (y = |x2 – 2x – 1|);
  • сложных функций (y = ln cos x).

Также он может конвертировать введенные пользователем выражения в таблицы.

Интерфейс Desmos.com несколько отличается от аналогов. Большую часть окна занимает настраиваемая координатная плоскость. В ней можно включать и выключать видимость осей, изменять вид и величину шага сетки, переключаться между градусами и радианами, а также — менять масштаб плоскости и смещать центральную точку.

Слева находится скрываемая панель ввода выражений. Над ней — кнопка «гамбургер», щелчком по которой открывается список примеров различных чертежей. Рядом с кнопкой отображается имя текущего графика, но в нашем случае его нет, так как опция доступна только зарегистрированным пользователям.

Внизу окна — скрываемая виртуальная клавиатура.

Для демонстрации графиков аудитории на Desmos.com предусмотрен режим проектора (кнопка его включения скрыта в настройках координатной плоскости за иконкой гаечного ключа). В этом режиме все линии становятся толще, а надписи -крупнее.

Мы привели лишь краткое описание функциональности сервиса. Если вам нужна справка по работе с ним на русском языке, она находится здесь.

Лучшее, что есть в Desmos.com, это гибко настраиваемый интерфейс, интерактивность, возможность разносить результаты по таблицам и бесплатно хранить свои работы в базе ресурса без ограничений по времени. А недостаток — в том, что сервис не полностью переведен на русский язык.

Некоторые классы поверхностей

Поверхности вращения

Рассмотрим на плоскости Oxz кривую γ, заданную уравнением

г = f(x), х ≥ 0

(рис. 36). При вращении кривой γ вокруг оси Oz она будет заметать некоторую поверхность, называемую поверхностью вращения (рис. 37). Найдем уравнение этой поверхности, т. е. равенство, которому должны удовлетворять координаты точек построенной поверхности и только они.

Пусть М0{х0, z0) — произвольная точка кривой γ. При вращении кривой γ вокруг оси Oz точка M0 будет описывать окружность, радиус которой равен ее абсциссе х0 (рис. 38). Уравнение этой окружности имеет вид

Тем самым, координаты х, у и z0 любой точки М этой окружности связаны следующим равенством

В силу произвольности выбора точки М0 на кривой γ искомое уравнение полученной поверхности вращения имеет вид

Цилиндрические поверхности

Через каждую точку некоторой заданной кривой γ проведем прямую l параллельно заданной прямой l0. Множество точек, лежащих на так построенных прямых, назовем цилиндрической поверхностью (рис. 39); кривая γ называется направляющей цилиндрической поверхности, а прямая l — ее образующей.

Найдем уравнение, описывающее цилиндрическую поверхность.

Возьмем произвольную точку О и проведем через нее плоскость П, перпендикулярную образующей I. Построим в пространстве прямоугольную координатную систему Oxyz, взяв за ось Oz прямую, перпендикулярную плоскости П. Тогда плоскость П будет координатной плоскостью Оху (рис.40). Плоскость П пересекает цилиндрическую поверхность по направляющей γ0.

Пусть

F(x,y) = 0

— уравнение этой направляющей. Убедимся в том, что последнее соотношение можно считать уравнением искомой цилиндрической поверхности.

самом деле, пусть (х, у, z) — точка цилиндрической поверхности (рис. 41). Тогда точка (х, у, 0) лежит на γ0 и, значит, удовлетворяет уравнению

F(x,y)=0.

Но координаты точки (х, у, z) также обращают это уравнение в тождество. Последнее обстоятельство и позволяет считать соотношение F(x,y) = 0 искомым уравнением.

Пример:

Введем в пространстве прямоугольные декартовы координаты Охуz. Соотношение

является уравнением цилиндрической поверхности (эллиптического цилиндра) (рис. 42).

Замечание:

Уравнение

F(y, z) = 0

описывает цилиндрическую поверхность с образующей, параллельной координатной оси Оx, а уравнение

F(x,z) = 0

— цилиндрическую поверхность с образующей, параллельной оси Oy.

Конические поверхности

Пусть γ — произвольная кривая и О — точка вне eе. Через каждую точку кривой γ и точку О проведем прямую l. Множество точек, лежащих на построенных таким образом прямых, называется конической поверхностью (рис.43); кривая γ — направляющая конической поверхности, l — ее образующая, точка О — вершина. Рассмотрим функцию

F (x, у, z)

переменных х, у и z. Функция F(x, у, z) называется однородной функцией степени q, если для любого t > 0 выполняется равенство

Покажем, что если F(x, у, z) однородная функция, то F{x,y,z) = 0 является уравнением конической поверхности.

В самом деле, пусть

т.е. точка М0(xo, уо, zо) лежит на этой поверхности. Будем считать, что . Проведем через эту точку и точку 0(0,0, 0) (считая, что F(0,0, 0) = 0) прямую I (рис. 44). Ее параметрические уравнения имеют вид

Подставляя полученные выражения для х, у и z в функцию F(x, у, z), видим, что

Это означает, что вся прямая l лежит на поверхности, определяемой уравнением F(x,y,z) = 0, которое, следовательно, и описывает коническую поверхность.

Пример:

Функция

является однородной функцией второй степени:

Значит,

— уравнение конической поверхности (конуса второго порядка) (рис.45).

Воспользуемся теперь полученными выше результатами для исследования геометрической формы поверхностей второго порядка.

Umath.ru

Веб-сервис Umath.ru — не только набор онлайн-калькуляторов, но и неплохой справочник по математике. Позволяет строить 3 разновидности графиков функций:

  • Заданных уравнением.
  • Заданных параметрически.
  • В полярной системе координат.

В отличие от предыдущего, этот веб-сайт дает возможность размещать несколько графиков на одной плоскости (они будут нарисованы разным цветом). Также он позволяет изменять масштаб и смещать положение центра координатного пространства (кнопки управления находятся слева от графика, но можно пользоваться и мышью).

Готовый результат можно скачать на компьютер в виде картинки.

Достоинства Umath.ru — простота применения (на станице есть пояснения, списки функций и констант), масштабирование, возможность оставлять комментарии, пользоваться справочником и другими математическими калькуляторами. Недостаток — ограниченный функционал (к сожалению, нет возможности строить трехмерные графики) и иногда проскакивающие ошибки. Но, надеемся, это временно, так как сервис активно развивается.

Способ 1: Tinkercad

Этот онлайн-сервис позволяет создавать 3D-модели для печати или импорта в другие программы. Возможностей у сервиса не очень много, но и инструментарий простой. А самое главное, Tinkercad полностью бесплатный.

  1. На главной странице нужно нажать кнопку «Начать работу».

Сервис предложит создать новый аккаунт Autodesk, либо войти с уже существующим. Также присутствует возможность зайти на сайт с помощью учётной записи Google или Apple. В личном кабинете, на вкладке «3D-проекты», можно начать обучение по пошаговым урокам, посмотреть свои работы или создать новый проект.

Далее вы увидите основные блоки интерфейса:

  1. Ориентирование в 3D-пространстве;
  2. Рабочая плоскость;
  3. Инструменты и фигуры;

Создание трёхмерных объектов осуществляется посредством объединения или вычитания примитивных фигур. Для начала перетащим «Полусферу» на рабочую плоскость.

Пропорции и размер фигуры можно менять, перетаскивая специальные точки. Растянем наш полукруг.

Теперь создадим «Конус». Для него можно настроить некоторые параметры в специальном контекстном меню. Делаем их такими же, как на скриншоте.

Для более простого расположения фигур в трёхмерном пространстве сервис предлагает инструмент «Рабочая плоскость». При помощи него можно перемещать основу для расположения фигуры. Зададим новую плоскость на вершине цилиндра.

Добавим фигуру «Параллелепипед» — он будет располагаться на заданной плоскости. Для улучшения вида можно изменить его параметр «Радиус». Используя специальные закруглённые стрелки, немного наклоним его и расположим над конусом.

Ещё в Tinkerсad присутствуют сгенерированные фигуры, например «Текст». При помощи инструмента «Рабочая плоскость» и редактирования параметров его легко расположить на одной из граней куба, также нам понадобится переключить свойство текста на Отверстие».

Модель почти готова, осталось лишь выделить все имеющиеся объекты и нажать кнопку «Сгруппировать».

Вот теперь наша модель готова. Tinkercad предоставляет несколько инструментов для её дальнейшего использования.

  1. Экспорт в игру Майнкрафт. Сервис даёт возможность изменить отображение моделей на альтернативное. Один из таких режимов — «Блоки». Здесь можно настроить размер модели и выбрать материал, из которого она состоит. Когда настройки будут окончены, необходимо нажать на кнопку «Экспорт». Начнётся скачивание файла с расширением SCHEMATIC.

Экспорт в стандартном режиме «3D-проект» позволяет скачать файл в других форматах:

  • OBJ — это самый распространённый формат сохранения трёхмерных моделей. Он поддерживается всеми популярными 3D-редакторами.
  • STL — используется в первую очередь для 3D-печати.
  • GLTF — оптимизированный файл для использования в интернете.
  • SVG — векторный файл для лазерной резки. Стоит иметь в виду, что это двумерное изображение, так что в нём содержится информация только о базовой плоскости.

В соседней вкладке проект можно отправить партнёрам Autodesk для заказной 3D-печати. Разумеется, за такую услугу придётся заплатить, но она будет полезна, если у вас нет 3D-принтера.

Если вам не нужно воплощать проект в реальном мире, то кнопка «Отправить» откроет меню, в котором можно перенести проект в различные службы и сообщества без необходимости скачивать файл.

И последний способ использовать свой проект — поделиться им в сообществе сервиса. Для этого нужно вернуться в личный кабинет и настроить свой проект. Нажимаем на шестерёнку в углу нужного проекта, далее «Свойства».

В открывшемся меню можно изменить название проекта, добавить описание, теги. Но нас интересуют настройки конфиденциальности: выбираем параметр «Общедоступное», а также, при необходимости, меняем лицензию.

Теперь ваш проект увидят все пользователи Tinkercad. В зависимости от условий лицензии они смогут его осмотреть или использовать в своих целях.

Поверхность

Для построения поверхности используйте функцию plot_surface().

plot_surface(self, X, Y, Z, *args, norm=None, vmin=None, vmax=None, lightsource=None, **kwargs)

  • X, Y, Z : 2D массивы

    Данные для построения поверхности.

  • rcount, ccount : int

    см. rcount, ccount в “Каркасная поверхность“.

  • rstride, cstride : int

    см.rstride, cstride в “Каркасная поверхность“.

  • color: color

    Цвет для элементов поверхности.

  • cmapColormap

    Colormap для элементов поверхности.

  • facecolors: массив элементов color

    Индивидуальный цвет для каждого элемента поверхности.

  • normNormalize

    Нормализация для colormap.

  • vmin, vmax: float

    Границы нормализации.

  • shade: bool

    Использование тени для facecolors. Значение по умолчанию: True.

  • lightsource
  • **kwargs

    Дополнительные аргументы, определяемые  Poly3DCollection.

u, v = np.mgrid
x = np.cos(u)*np.sin(v)
y = np.sin(u)*np.sin(v)
z = np.cos(v)

fig = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111, projection='3d')
ax.plot_surface(x, y, z, cmap='inferno')
ax.legend()

Grafikus.ru

Grafikus.ru — еще один достойный внимания русскоязычный калькулятор для построения графиков. Причем он строит их не только в двухмерном, но и в трехмерном пространстве.

Вот неполный перечень заданий, с которыми этот сервис успешно справляется:

  • Черчение 2D-графиков простых функций: прямых, парабол, гипербол, тригонометрических, логарифмических и т. д.
  • Черчение 2D-графиков параметрических функций: окружностей, спиралей, фигур Лиссажу и прочих.
  • Черчение 2D-графиков в полярных координатах.
  • Построение 3D-поверхностей простых функций.
  • Построение 3D-поверхностей параметрических функций.

Готовый результат открывается в отдельном окне. Пользователю доступны опции скачивания, печати и копирования ссылки на него. Для последнего придется авторизоваться на сервисе через кнопки соцсетей.

Координатная плоскость Grafikus.ru поддерживает изменение границ осей, подписей к ним, шага сетки, а также — ширины и высоты самой плоскости и размера шрифта.

Самая сильная сторона Grafikus.ru — возможность построения 3D-графиков. В остальном он работает не хуже и не лучше, чем ресурсы-аналоги.

Onlinecharts.ru

Онлайн-помощник Onlinecharts.ru строит не графики, а диаграммы практически всех существующих видов. В том числе:

  • Линейные.
  • Столбчатые.
  • Круговые.
  • С областями.
  • Радиальные.
  • XY-графики.
  • Пузырьковые.
  • Точечные.
  • Полярные бульки.
  • Пирамиды.
  • Спидометры.
  • Столбчато-линейные.

Пользоваться ресурсом очень просто. Внешний вид диаграммы (цвет фона, сетки, линий, указателей, форма углов, шрифты, прозрачность, спецэффекты и т. д.) полностью определяется пользователем. Данные для построения можно ввести как вручную, так и импортировать из таблицы CSV-файла, хранимого на компьютере. Готовый результат доступен для скачивания на ПК в виде картинки, PDF-, CSV- или SVG-файлов, а также для сохранения онлайн на фотохостинге ImageShack.Us или в личном кабинете Onlinecharts.ru. Первый вариант могут использовать все, второй — только зарегистрированные.

Оптическое свойство кривых второго порядка

Касательные к эллипсу и гиперболе

Если кривая задана уравнением

y = f(x)

то уравнение касательной к ней, проходящей через точку (хо,у0)> где Уо = f(xо), можно записать в следующем виде

Пусть Мо(хо, yо) — точка эллипса

Предположим для определенности, что точка М0 лежит в первой четверти, т. е. хо > 0, yо > 0. Тогда часть эллипса, лежащую в первой четверти, можно описать уравнением

Пользуясь формулой (1), получаем уравнение касательной к эллипсу в точке Мо

а так как точка (х0, у о) лежит на эллипсе, то

и, значит,

Полученное соотношение после несложных преобразований можно записать так:

Отсюда с учетом тождества

приходим к уравнению

(рис. 28). Полученное соотношение является уравнением касательной к эллипсу, проходящей через его точку (х0, yо), и в общем случае ее произвольного расположения, т. е. при любых знаках хо и уо.

Уравнение касательной к гиперболе выводится аналогично и имеет следующий вид

Подчеркнем, что точка (хо, yо) лежит на гиперболе.

Касательные к параболе

Если кривая задана уравнением

х = g(у),

то уравнение касательной к ней, проходящей через точку (хo,уo), где х0 = g (уо), можно записать в следующем виде

Пусть М0(х0, у0) — точка параболы. Пользуясь формулой (I), получаем уравнение касательной к параболе

или

Отсюда в силу равенства приходим к уравнению касательной вида

Замечание:

Сопоставляя канонические уравнения эллипса, гиперболы и параболы с уравнениями касательных к этим кривым, нетрудно заметить, что для получения последних не требуется специальных вычислений. В самом деле, заменяя у 2 на уу , а х 2 на хх (в случае параболы 2х нужно заменить на x + х ). приходим к уравнению соответствующей касательной. Еще раз отметим, что сказанное справедливо лишь в том случае, когда точка (x . y ) лежит на кривой.

Оптическое свойство эллипса

Пусть М — произвольная точка эллипса

Как уже отмечалось, расстояния от нее до фокусов Fл и F n — фокальные радиусы — равны соответственно

Проведем через точку М касательную к эллипсу,

и вычислим, на каком расстоянии от этой касательной лежат фокусы Fл (-c, 0) и Fn (c; 0) (напомним, что для этого следует воспользоваться формулой (10).

Имеем соответственно

— нормирующий множитель (рис. 29). Нетрудно проверить, что

В самом деле,

Обратившись к рис.29, заметим, что вычисленные отношения равны синусам углов, образованных касательной и фокальными радиусами точки касания. Из того, что синусы этих углов равны, вытекает равенство и самих углов. Тем самым доказано оптическое свойство эллипса: касательная к эллипсу образует равные углы с фокальными радиусами точки касания.

Это свойство называется оптическим по следующей причине: если поместить в один из фокусов эллипса с зеркальной «поверхностью» точечный источник света, то все лучи после отражения от «поверхности» эллипса сойдутся в другом его фокусе (рис. 30).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector