GoPiGo 小汽車︰格點圖像算術《投影幾何》【五‧線性代數】《導引八》觀察者《變換‧F2 》

待船停妥,終於登上了平台。這湖心小築上圓小下方大,不知是否是象徵『地包天』的呢?突然吹來一陣霧氣,在月光照耀下,彷彿有道『彩虹』,卻看不清楚。一時霧更濃了,『邀請護照』正閃爍

250px-Snow_crystals    的圖案。

在 Mrphs 催促下,趕緊進到了小築的大廳。只見他一直向著東邊走 ,在好大一片落地景觀窗前,忽見那

300px-冰晕    『幻月』掛空中。

原本以為發生什麼危險,所以急行,此時只是驚訝『幻月』之美,難以形容。 Mrphs 開口說道︰先生『神行』不覺溫度陡降氣壓突變 。一般此時『秋雪』早來,由於湖水『鹽度』從南至北梯減,往常日湖北已經結冰,正向南擴大之中。今年氣象又變,據新數據推斷『秋雪』將延一『 旬 』旬,大約十天左右。或因為已經多次聽聞這『秋雪』之詞,總覺困惑,問曰︰什麼是『秋雪』的呢? Mrphs 說︰現今氣候只有『夏‧冬』交替,急徐不定,長短不一,其實『春‧秋』早就名存實亡了。懷念之故,用『秋雪』表示初冬之雪而已。方才『冰晶』突起,『邀請護照』上有多種『氣象』感測器 ,可以補足『 It 網』之『氣候大數據』,用本地『即時資訊』推斷天氣變化,所以知道『冰晶』將臨,很可能看得到『幻月』。當下 Mrphs 在『邀請護照』上按了按,螢幕上顯現

250px-Ice_crystals_on_the_box    『冰晶』影像。

 《勇闖新世界︰ W!o《卡夫卡村》變形祭︰感知自然‧尖端‧一

 

時近中秋,月分外明矣。當此情境,懸想

思維如有內核鉤深索隱,將生結晶乎?

恰似波利亞所說者耶!

回神看著塗鴉手稿,寫著

假設 z_{\alpha}(t)z_{\beta}(t) 是複平面上任意兩條曲線之參數方程

參數方程函數很相似:它們都是由一些在指定的,稱為參數自變數,以決定因變數的結果。例如在運動學,參數通常是「時間」,而方程的結果是速度、位置等。

一般地,在平面直角座標系中,如果曲線上任意一點的座標x、y都是某個變數t的函數:  {\begin{cases}x=f(t)\\y=g(t)\end{cases}} ,並且對於t的每一個允許的取值,由方程組確定的點(x, y)都在這條曲線上,那麼這個方程就叫做曲線的參數方程,聯繫變數x、y的變數t叫做參變數,簡稱參數。相對而言,直接給出點座標間關係的方程叫普通方程。

用參數方程可以很容易表示出的蝶形線

 

如果它們在 t_0 時,相交於 z_0

z_0 = z_{\alpha}(t_0) = z_{\beta}(t_0)

那麼任一 z^{'} = h(z) 形式之變換,終將之映射至 z_{\alpha}^{'} (t)z_{\beta}^{'}(t) 也。此時兩線會交於 z_0^{'} = h(z_0) 矣。如是

\frac{d}{dt} z^{'} (t) = \frac{d}{dz} h(z) \cdot \frac{d}{dt} z(t)

z_0 = x_{\alpha}(t_0) = x_{\beta}(t_0) 而言,是說

\frac{d}{dt} z^{'} (t) |_{t=t_0} = \frac{d}{dz} h(z) |_{z=z_0}  \cdot \frac{d}{dt} z(t) |_{t=t_0} 呦!!

承上篇,豈能不保角嗎??

反倒好奇萬花尺在保型變換下的模樣哩◎

Lunar_perturbation

220px-Lunar_libration_with_phase2

Moon-Earth_distance,_Moon_phases

300px-Resonance_Cascade.svg

內旋輪線參數方程式參考圖

地 球繞著太陽轉,月亮繞著地球轉。兩個週期運動耦合起來,卻是複雜萬端。月球軌道以二十七點三二天環繞地球一周。地球和月球的質心在距地心四千七百公里處, 各自圍繞著質心運轉。月球與地球中心的平均距離是三十八萬五千公里,約為地球半徑的六十倍。軌道的平均速度是一千零二十三公里/秒,月球在恆星背景上大約 每小時移動 0.5°,軌道的平均離心率是0.0549。非圓形的軌道導致從大地上賞月時,視直徑的大小和角速度上都有著顯著的變化。對一位假想在質心上的觀測者而 言,月球每天的平均角位移量是向東 13. 176358°,然而軌道的指向在空間中卻不固定,而是隨著時間不斷的進動;其一是拱點線的進動,橢圓形的月球軌道慢慢的逆時鐘方向轉動,一周需要三千兩 百三十三天。另一是月球軌道與黃道的交點對的進動,一圈長達十八點六年。

果真簡諧運動的耦合,也許是和諧的,未必是簡單的!!

一八八零年代波蘭數學家 Bruno Abakanowicz 發明了『螺旋圖』Spirograph 。一九六四年英國工程師德尼斯‧費舍爾 Denys Fisher 發現使用多種『大小比值』不同的兩個內外『圓形齒輪』,當『內小圓形齒輪』上不同的『筆洞位置』在『外大圓形齒輪』上『循著圓周』轉動時,可以畫出各種美麗的『內旋輪線』 hypotrochoid 以及『外旋輪線 』epitrochoid。在經過一番齒輪『大小比值』與筆洞『位置比值』的研究後,費舍爾於隔年一九六五年的德國 Nuremberg 國際玩具展將之發表上市。由於它所繪出的『圖案』令人聯想到『萬花筒』 ,所以被我們叫做『萬花尺』。這是一個曾經『流行』過的『益智玩具』,其實它是了解『周期運動』組合的『複雜性』很好的『工具』。萬花尺內旋輪線的參數方程式可以表示為

\begin{array}{rcl} x(t)&=&R\left[(1-k)\cos t+lk\cos \frac{1-k}{k}t\right] ,\\[4pt] y(t)&=&R\left[(1-k)\sin t-lk\sin \frac{1-k}{k}t\right] .\\\end{array}

此處 R 是『外大齒輪』的半徑,k=\frac{r}{R} 是大小齒輪的『半徑比0\le k \le 1l=\frac{\rho}{r} 是筆洞所在位置到『內小齒輪』圓心的距離與『內小齒輪』半徑的比值 0\le l \le 1

網路上有一個『Spirograph Art』的網頁,假使讀者有興趣的話,不妨前去看看。

HypotrochoidOutThreeFifths

220px-Ellipse_as_hypotrochoid

200px-Spirograph

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120px-Epitrochoid_3

─── 摘自《萬花尺 Spirograph Art