Jump to content

Ведьма из Аньези

Это хорошая статья. Нажмите здесь для получения дополнительной информации.
(Перенаправлено с Версиеры )

Выбранные кривые Аньези (зеленые) и круги, из которых они построены (синие), с параметрами радиуса. , , , и .

По математике ведьма Аньези ( Итальянское произношение: [aɲˈɲeːzi, -eːsi; -ɛːzi] ) — кубическая плоская кривая, определяемая двумя диаметрально противоположными точками окружности.

Кривая была изучена еще в 1653 году Пьером Ферма , в 1703 году Гвидо Гранди и Исааком Ньютоном . Он получил свое название от итальянского математика Марии Гаэтаны Аньези, опубликовавшей его в 1748 году. Итальянское название la versiera di Agnesi основано на латинском versoria ( лист парусных кораблей) и синусоиде против . Это было прочитано Джоном Колсоном как l'avversiera di Agnesi , где avversiera переводится как «женщина, которая против Бога» и интерпретируется как «ведьма». [1] [2] [3] [4]

График представляет собой производной функции арктангенса пример ведьмы Аньези. Как функция плотности вероятности распределения Коши , ведьма Аньези имеет применение в теории вероятностей . Это также приводит к явлению Рунге при приближении функций полиномами спектральных , используется для аппроксимации распределения энергии линий и моделирования формы холмов.

Ведьма касается своей определяющей окружности в одной из двух определяющих точек и асимптотична касательной к окружности в другой точке. Он имеет уникальную вершину (точку крайней кривизны) в точке касания с определяющей окружностью, которая также является соприкасающейся окружностью в этой точке. Он также имеет две конечные точки перегиба и одну бесконечную точку перегиба. Площадь между ведьмой и ее асимптотической линией в четыре раза превышает площадь определяющего круга, а объем вращения кривой вокруг ее определяющей линии в два раза превышает объем тора вращения ее определяющего круга.

Строительство

[ редактировать ]
Ведьма Аньези (кривая MP ) с обозначенными точками
Анимация, показывающая постройку ведьмы Аньези.

Чтобы построить эту кривую, начните с любых двух точек O и M и нарисуйте круг с OM диаметром . Для любой другой точки A на окружности пусть N будет точкой пересечения секущей линии OA и касательной в M. точке Пусть P — точка пересечения линии, перпендикулярной OM, проходящей через A , и линии, параллельной , проходящей через N. OM Тогда П лежит на ведьме Аньези. Ведьма состоит из всех точек P которые можно построить таким образом из одного и того же выбора O и M. , [5] В качестве предельного случая он включает в себя точку М. саму

Уравнения

[ редактировать ]

Предположим, что точка О находится в начале координат , а точка М лежит на положительной -ось, и что круг диаметром OM имеет радиус . Тогда ведьма, построенная из O и M, имеет декартово уравнение [6] [7] Это уравнение можно упростить, выбрав , к форме или, что то же самое, очистив знаменатели , как кубическое алгебраическое уравнение В упрощенном виде эта кривая график производной собой арктангенса представляет . [8]

Ведьму Аньези также можно описать параметрическими уравнениями , параметром которых θ является угол между OM и OA , измеренный по часовой стрелке: [6] [7]

Характеристики

[ редактировать ]

Основные свойства этой кривой можно вывести из интегрального исчисления .Площадь между ведьмой и ее асимптотической линией в четыре раза превышает площадь фиксированного круга. . [6] [7] [9] Объем обращения ведьмы Аньези вокруг ее асимптоты равен . [6] Это в два раза больше объема тора, образованного вращением определяющего круга ведьмы вокруг той же линии. [9]

Кривая имеет уникальную вершину в точке касания с определяющей ее окружностью. То есть эта точка является единственной точкой, где кривизна достигает локального минимума или локального максимума. [10] Определяющим кругом ведьмы является также ее соприкасающийся круг в вершине. [11] уникальный круг, который «целует» кривую в этой точке, имея одинаковую ориентацию и кривизну. [12] Поскольку это соприкасающийся круг в вершине кривой, он имеет третьего порядка . контакт с кривой [13]

Кривая имеет две точки перегиба , в точках соответствующие углам . [6] [7] Если рассматривать кривую на проективной плоскости, то существует также третья бесконечная точка перегиба, в точке, где линия на бесконечности пересекается асимптотической линией. Поскольку одна из ее точек перегиба бесконечна, у ведьмы есть минимально возможное количество конечных действительных точек перегиба любой неособой кубической кривой. [14]

Наибольшая площадь прямоугольника , которую можно вписать между ведьмой и ее асимптотой, равна , для прямоугольника, высота которого равна радиусу определяющего круга, а ширина в два раза больше диаметра круга . [9]

Ранние исследования

[ редактировать ]
Иллюстрация кривой и ее построение Аньези 1748 года. [15]

Кривая была изучена Пьером де Ферма в его трактате о квадратуре 1659 года . В ней Ферма вычисляет площадь под кривой и (без подробностей) утверждает, что тот же метод распространяется и на циссоиду Диокла . Ферма пишет, что эта кривая была подсказана ему « ab erudito geometra » [ученым геометром]. [16] Паради, Пла и Виадер (2008) предполагают, что геометром, который предложил Ферма эту кривую, мог быть Антуан де Лалубер . [17]

Приведенную выше конструкцию этой кривой нашел Гранди (1718) ; такая же конструкция была найдена и ранее Исааком Ньютоном , но опубликована лишь посмертно позже, в 1779 году. [18] Гранди (1718) название versiera (на итальянском языке) или versoria (на латыни). также предложил для кривой [19] Латинский термин также используется для обозначения листа , веревки, которая вращает парус, но вместо этого Гранди, возможно, имел в виду просто ссылку на функцию стиха , которая проявилась в его конструкции. [9] [18] [20] [21]

В 1748 году Мария Гаэтана Аньези опубликовала «Аналитические учреждения для использования итальянской молодежью» — ранний учебник по математическому анализу . [15] В него, предварительно рассмотрев две другие кривые, она включает исследование этой кривой. Она определяет кривую геометрически как геометрическое место точек, удовлетворяющих определенной пропорции, определяет ее алгебраическое уравнение, находит ее вершину, асимптотическую линию и точки перегиба. [22]

Этимология

[ редактировать ]

Мария Гаэтана Аньези назвала кривую по Гранди, versiera . [20] [22] было принято говорить По совпадению, в то время в Италии о Дьяволе другими словами, такими как aversiero или versiero , происходящими от латинского adversarius , «противник» Бога. Версьера , в частности, использовалась для обозначения жены дьявола или «ведьмы». [23] Из-за этого профессор Кембриджа Джон Колсон неправильно перевел название кривой как «ведьма». [24] Различные современные работы об Аньези и о кривой предполагают несколько разные догадки, как именно произошел этот неправильный перевод. [25] [26] Стройк упоминает, что: [22]

Слово [ versiera ] происходит от латинского vertere — поворачивать, но также является аббревиатурой итальянского avversiera — женщины-дьявола. Некоторые остроумцы в Англии однажды перевели это слово как «ведьма», и этот глупый каламбур до сих пор бережно сохраняется в большинстве наших учебников на английском языке. ... Кривая уже появлялась в трудах Ферма ( Oeuvres , I, 279–280; III, 233–234) и других; название versiera происходит от Гвидо Гранди ( Quadratura circuli et Hyperbolae , Пиза, 1703). Кривая относится к типу 63 по классификации Ньютона . ... Первым, кто использовал термин «ведьма» в этом смысле, возможно, был Б. Уильямсон, Интегральное исчисление , 7 (1875), 173; [27] см . Оксфордский словарь английского языка .

С другой стороны, Стивен Стиглер предполагает, что сам Гранди «возможно, играл словами», двойной каламбур, связывающий дьявола со стихом и функцию синуса с формой женской груди (оба из которых можно записать как «сено» по-итальянски). [18]

Приложения

[ редактировать ]

Масштабированная версия кривой представляет собой функцию плотности вероятности распределения Коши . Это распределение вероятностей случайной величины определяется следующим случайным экспериментом : для фиксированной точки над -оси, выберите равномерно и случайным образом линию, проходящую через , и пусть быть координатой точки, где эта случайная линия пересекает ось. Распределение Коши имеет пиковое распределение, визуально напоминающее нормальное распределение , но его тяжелые хвосты не позволяют ему иметь ожидаемое значение по обычным определениям, несмотря на его симметрию. С точки зрения самой ведьмы это означает, что -координата центроида . области между кривой и ее асимптотической линией не определена четко, несмотря на симметрию этой области и конечную площадь [18] [28]

В численном анализе при аппроксимации функций с использованием полиномиальной интерполяции с равноотстоящими друг от друга точками интерполяции для некоторых функций может случиться так, что использование большего количества точек создает худшие аппроксимации, так что интерполяция расходится от функции, которую она пытается аппроксимировать, а не сходится к ней. . Это парадоксальное поведение называется феноменом Рунге . Впервые он был обнаружен Карлом Дэвидом Толме Рунге для функции Рунге. , еще одна масштабированная версия ведьмы Аньези, при интерполяции этой функции на интервале . То же самое происходит и с ведьмой. себя в более широком интервале . [29]

Ведьма Аньези аппроксимирует спектральное распределение энергии спектральных линий , особенно рентгеновских линий. [30]

Поперечное сечение гладкого холма имеет форму, похожую на Ведьмину. [31] Кривые такой формы использовались в качестве типичного топографического препятствия в потоке при математическом моделировании. [32] [33] одиночные волны на глубокой воде. Такую форму могут принимать и [34] [35]

Версия этой кривой была использована Готфридом Вильгельмом Лейбницем для вывода формулы Лейбница для π . Эта формула, бесконечный ряд можно получить, приравнивая площадь под кривой к интегралу от функции , используя в ряд Тейлора разложение этой функции как бесконечную геометрическую прогрессию и интегрируем почленно. [7]

[ редактировать ]

«Ведьма из Аньези» — название романа Роберта Спиллера. Он включает в себя сцену, в которой учитель излагает версию истории этого термина. [36]

Ведьма Аньези — это также название музыкального альбома джазового квартета Radius. На обложке альбома изображено построение ведьмы. [37]

  1. ^ Wolfram MathWorld, Ведьма Аньези
  2. ^ Линн М. Осен: Женщины в математике. MIT Press, Кембридж, Массачусетс, 1975, ISBN 0-262-15014-X, S. 45.
  3. ^ Саймон Сингх : Загадка Ферма. Стремление решить величайшую математическую задачу в мире. Walker Books, Нью-Йорк, 1997, ISBN 0-471-27047-4, S. 100.
  4. ^ Дэвид Дж. Дарлинг: Универсальная книга по математике. От абракадабры до парадоксов Зенона. Wiley International, Хобокен, штат Нью-Джерси, 2004 г., ISBN 0-8027-1331-9, стр. 8.
  5. ^ Иглз, Томас Генри (1885), «Ведьма Аньези» , Конструктивная геометрия плоских кривых: с многочисленными примерами , Macmillan and Company, стр. 313–314.
  6. ^ Jump up to: а б с д и Лоуренс, Дж. Деннис (2013), «4.3 Ведьма Аньези (Ферма, 1666; Аньези, 1748)» , Каталог специальных плоских кривых , Dover Books on Mathematics, Courier Corporation, стр. 90–93, ISBN  9780486167664
  7. ^ Jump up to: а б с д и Йейтс, Роберт К. (1954), «Ведьма Аньези», Кривые и их свойства (PDF) , Классика математического образования, том. 4, Национальный совет учителей математики, стр. 237–238.
  8. ^ Коэн, Дэвид В.; Хенле, Джеймс М. (2005), Исчисление: язык изменений , Jones & Bartlett Learning, с. 351, ISBN  9780763729479
  9. ^ Jump up to: а б с д Ларсен, Гарольд Д. (январь 1946 г.), «Ведьма Аньези», School Science and Mathematics , 46 (1): 57–62, doi : 10.1111/j.1949-8594.1946.tb04418.x
  10. ^ Гибсон, К.Г. (2001), Элементарная геометрия дифференцируемых кривых: введение для студентов , Кембридж: Издательство Кембриджского университета, упражнение 9.1.9, стр. 131 , номер домена : 10.1017/CBO9781139173377 , ISBN  0-521-80453-1 , МР   1855907
  11. ^ Хафтендорн, Дёрте (2017), «4.1 Versiera, кривая ведьмы», Исследование и понимание кривых (на немецком языке), Springer, стр. 79–91, doi : 10.1007/978-3-658-14749-5 , ISBN  978-3-658-14748-8 . О соприкасающемся круге см., в частности, с. 81: «Производящий круг — это круг кривизны широкой Версиеры в ее вершине».
  12. ^ Липсман, Рональд Л.; Розенберг, Джонатан М. (2017), Многомерное исчисление с MATLAB®: с приложениями к геометрии и физике , Springer, стр. 42, ISBN  9783319650708 Круг «целует» кривую с точностью до второго порядка, поэтому получил название соприкасающегося круга (от латинского слова «поцелуй»).
  13. ^ Фукс, Дмитрий ; Табачников, Серж (2007), Математический омнибус: тридцать лекций по классической математике , Провиденс, Род-Айленд: Американское математическое общество, с. 142, номер домена : 10.1090/mbk/046 , ISBN  978-0-8218-4316-1 , МР   2350979
  14. ^ Арнольд, VI (2005), «Принцип топологической экономии в алгебраической геометрии», Обзоры по современной математике , Серия лекций Лондонского математического общества, том. 321, Кембридж: Издательство Кембриджского университета, стр. 13–23, doi : 10.1017/CBO9780511614156.003 , MR   2166922 . См., в частности, стр. 15–16 .
  15. ^ Jump up to: а б Аньези, Мария Гаэтана (1748 г.), Аналитические учреждения для использования итальянской молодежи. См., в частности, задачу 3, стр. 380–382 и рис. 135 .
  16. ^ де Ферма, Пьер (1891), Oevres (на латыни), vol. 1, Готье-Вилларс и др., стр. 280–285
  17. ^ Рай, Джеймс; Пла, Джозеф; Виадер, Пелегри (2008), «Метод квадратур Ферма» , Revue d'Histoire des Mathématiques , 14 (1): 5–51, MR   2493381
  18. ^ Jump up to: а б с д Стиглер, Стивен М. (август 1974 г.), «Исследования по истории вероятности и статистики. XXXIII. Коши и ведьма Аньези: историческая заметка о распределении Коши», Biometrika , 61 (2): 375–380, doi : 10.1093/biomet/61.2.375 , JSTOR   2334368 , MR   0370838
  19. В своих примечаниях к «Трактату о естественно ускоренном движении» Галилея Гранди ссылался на «ту кривую, которую я описываю в своей книге квадратур [1703], в положении IV, рожденную из стихов, которую я обычно называю Versiera , но на латыни Версория ». См. Галилей, Опера , 3: 393. Новый термин можно найти у Лоренцо Лоренцини, Exercitatio Geometraa , xxxi: «сидеть pro exemplo curva illa, quam Doctissimus magnusque geometra Guido Grandus Versoria nominat».
  20. ^ Jump up to: а б Трусделл, К. (1991), «Исправление и дополнения к «Марии Гаэтане Аньези» », Архив истории точных наук , 43 (4): 385–386, doi : 10.1007/BF00374764 , […] nata da' seni versi , который в моей стране обычно называется Версиера на латыни, но Версория […]
  21. ^ Гранди, Дж. (1718), «Примечания к трактату Галилея об ускоренном естественном движении», Opera Di Galileo Galilei (на итальянском языке), том. III, Флоренция, с. 393 . Цитируется Стиглером (1974) .
  22. ^ Jump up to: а б с Перевод работы Аньези об этой кривой можно найти в: Струик, Дирк Дж. (1969), Справочник по математике, 1200–1800 , Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета, стр. 178–180.
  23. ^ Пьетро Фанфани , Тосканский словарь , с. 334
  24. ^ Малкроне, Т.Ф. (1957), «Названия кривой Аньези», American Mathematical Monthly , 64 (5): 359–361, doi : 10.2307/2309605 , JSTOR   2309605 , MR   0085163
  25. ^ Сингх, Саймон (1997), Загадка Ферма: эпический поиск решения величайшей в мире математической проблемы , Нью-Йорк: Уокер и компания, стр. 100 , ISBN  0-8027-1331-9 , МР   1491363
  26. ^ Дарлинг, Дэвид (2004), Универсальная книга по математике: от абракадабры до парадоксов Зенона , Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, стр. 8, ISBN  0-471-27047-4 , МР   2078978
  27. ^ Оксфордский словарь английского языка , Oxford University Press, 2018, witch, n .2, 4(e) , получено 3 июля 2018 г. , 1875 г. Б. Уильямсон Элем. Обращаться. Интегральное исчисление vii. 173 Найдите область между ведьмой Аньези. и ее асимптота.
  28. ^ Александр, Дж. Маккензи (2012), «Теория принятия решений встречает ведьму Аньези», Journal of Philosophy , 109 (12): 712–727, doi : 10.5840/jphil20121091233
  29. ^ Купильяри, Антонелла ; ДеТомас, Элизабет (весна 2007 г.), «Разоблачение колдовского поведения функции Рунге», Mathematics and Computer Education , 41 (2): 143–156, ПроКвест   235858817
  30. ^ Спенсер, Рой К. (сентябрь 1940 г.), «Свойства ведьмы Аньези - применение к подбору формы спектральных линий», Журнал Оптического общества Америки , 30 (9): 415, Бибкод : 1940JOSA ... 30 ..415S , дои : 10.1364/josa.30.000415
  31. ^ Коппин, Пенсильвания; Брэдли, EF; Финниган, Дж. Дж. (апрель 1994 г.), «Измерения потока над удлиненным хребтом и зависимость его термостабильности: среднее поле», Boundary-Layer Meteorology , 69 (1–2): 173–199, Bibcode : 1994BoLMe..69. .173C , doi : 10.1007/bf00713302 S2CID 119956741.   Полезной , общей формой для формы холма является так называемый профиль «Ведьмы Аньези».
  32. ^ Снайдер, Уильям Х.; Томпсон, Роджер С.; Эскридж, Роберт Э.; Лоусон, Роберт Э.; Кастро, Ян П.; Ли, Джей Ти; Хант, Джулиан CR; Огава, Ясуши (март 1985 г.), «Структура сильно стратифицированного потока над холмами: концепция разделительной линии тока», Journal of Fluid Mechanics , 152 (–1): 249, Бибкод : 1985JFM...152..249S , doi : 10.1017/s0022112085000684 , S2CID   123563729
  33. ^ Лэмб, Кевин Г. (февраль 1994 г.), «Численное моделирование стратифицированного невязкого течения над гладким препятствием» (PDF) , Journal of Fluid Mechanics , 260 (–1): 1, Bibcode : 1994JFM...260.... 1L , doi : 10.1017/s0022112094003411 , S2CID   49355530 , заархивировано из оригинала (PDF) 6 января 2014 г.
  34. ^ Бенджамин, Т. Брук (сентябрь 1967 г.), «Внутренние волны постоянной формы в жидкостях на большой глубине», Journal of Fluid Mechanics , 29 (3): 559, Bibcode : 1967JFM....29..559B , doi : 10.1017 /s002211206700103x , S2CID   123065419
  35. ^ Нунан, Джули А.; Смит, Роджер К. (сентябрь 1985 г.), «Линейные и слабонелинейные теории внутренних волн в применении к волнам« ипомеи »», Geophysical & Astrophysical Fluid Dynamics , 33 (1–4): 123–143, Бибкод : 1985GApFD..33 ..123N , дои : 10.1080/03091928508245426
  36. ^ Филлипс, Дэйв (12 сентября 2006 г.), «Местный учитель, автор формулирует математику в книгах» , The Gazette.
  37. ^ Radius – Witch Of Agnesi (Plutonium Records, 2002) , Discogs , получено 28 мая 2018 г.
[ редактировать ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 5528707e25fd296aae04b42765a70946__1715287440
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/55/46/5528707e25fd296aae04b42765a70946.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Witch of Agnesi - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)