پرونده:Osculating circles of the Archimedean spiral.svg

پروندهٔ اصلی(پروندهٔ اس‌وی‌جی، با ابعاد ۱٬۰۰۰ × ۱٬۰۰۰ پیکسل، اندازهٔ پرونده: ۱۰۸ کیلوبایت)

خلاصه

توضیح
English: Osculating circles of the Archimedean spiral. "The spiral itself is not not drawn: we see it as the locus of points where the circles are especially close to each other." [1]
تاریخ
منبع اثر شخصی
پدیدآور Adam majewski
دیگر نسخه‌ها
SVG genesis
InfoField
 
کد مبدأ این پروندهٔ گرافیک برداری مقیاس‌پذیر، معتبر.
 
این گرافیک با Gnuplot ساخته شده است
 
 This plot uses embedded text that can be easily translated using a text editor.

خلاصه

Math equations

Point of an Archimedean spiral for angle t

  
  
 


The curvature of Archimedes' spiral is

Radius of osculating circle is[2]

Center of osculating circle is


 
 


 

where

  • is first derivative
  • is a second derivative

notes

Program computes 130 values of angle ( list tt) from 1/5 to 26:

 [1/5,2/5,3/5,4/5,1,6/5,7/5,8/5,9/5,2,11/5,12/5,13/5,14/5,3,16/5,17/5,18/5,19/5,4,21/5,22/5,23/5,24/5,5,26/5,27/5,28/5,29/5,6,31/5,32/5,
        33/5,34/5,7,36/5,37/5,38/5,39/5,8,41/5,42/5,43/5,44/5,9,46/5,47/5,48/5,49/5,10,51/5,52/5,53/5,54/5,11,56/5,57/5,58/5,59/5,12,61/5,62/5,
        63/5,64/5,13,66/5,67/5,68/5,69/5,14,71/5,72/5,73/5,74/5,15,76/5,77/5,78/5,79/5,16,81/5,82/5,83/5,84/5,17,86/5,87/5,88/5,89/5,18,91/5,92/5,
        93/5,94/5,19,96/5,97/5,98/5,99/5,20,101/5,102/5,103/5,104/5,21,106/5,107/5,108/5,109/5,22,111/5,112/5,113/5,114/5,23,116/5,117/5,118/5,
        119/5,24,121/5,122/5,123/5,124/5,25,126/5,127/5,128/5,129/5,26]


For each angle t computes circle ( list for draw2d). It gives a new list Circles

 Circles : map (GiveCircle, tt)$ 

Command draw2d takes list Circles and draw all circles. Commands from draw package accepts list as an input.

Algorithm

  • compute a list of angles
  • For each angle t from list tt compute a point
  • for each point compute and draw osculating circle

Maxima CAS src code

/*


http://mathworld.wolfram.com/OsculatingCircle.html
The osculating circle of a curve C at a given point  P 
is the circle that has the same tangent as C at point P as well as the same curvature. 



https://en.wikipedia.org/wiki/Archimedean_spiral
https://www.mathcurve.com/courbes2d.gb/archimede/archimede.shtml

https://www.mathcurve.com/courbes2d.gb/enveloppe/enveloppe.shtml

the osculating circles of an Archimedean spiral. There is no need to trace the envelope...

http://xahlee.info/SpecialPlaneCurves_dir/ArchimedeanSpiral_dir/archimedeanSpiral.html

The tangent circles of Archimedes's spiral are all nested. need to proof that archimedes spiral's osculating circles are nested inside each other.

https://arxiv.org/abs/math/0602317
https://www.researchgate.net/publication/236899971_Osculating_Curves_Around_the_Tait-Kneser_Theorem



Osculating Curves: Around the Tait-Kneser Theorem
March 2013The Mathematical Intelligencer 35(1):61-66
DOI: 10.1007/s00283-012-9336-6
Elody GhysElody GhysSerge TabachnikovSerge TabachnikovVladlen TimorinVladlen Timorin

Osculating circles of a spiral. The spiral itself is not not drawn:
we see it as the locus of points where the circles are especially close to each
other.




https://math.stackexchange.com/questions/568752/curvature-of-the-archimedean-spiral-in-polar-coordinates

===============
Batch file for Maxima CAS
save as a a.mac
run maxima : 
 maxima
and then : 
batch("a.mac");




*/


kill(all);
remvalue(all);
ratprint:false;


/* ---------- functions ---------------------------------------------------- */




/* 
converts complex number z = x*y*%i 
to the list in a draw format:  
[x,y] 
*/
draw_f(z):=[float(realpart(z)), float(imagpart(z))]$

/* give Draw List from one point*/
dl(z):=points([draw_f(z)])$

ToPoints(myList):= points(map(draw_f , myList))$








f(t):= t*cos(t)$
g(t) :=t*sin(t)$


define(fp(t), diff(f(t),t,1));
define(fpp(t),	diff(f(t),t,2));
define(gp(t), diff(g(t),t,1));
define(gpp(t), diff(g(t),t,2));


/* 
 point of the Archimedean spiral
 
 
 
 t is angle in turns 
 1 turn = 360 degree = 2*Pi radians 
 
 
*/
give_spiral_point(t):= f(t)+ %i*g(t)$


/* The curvature of Archimedes' spiral is
http://mathworld.wolfram.com/ArchimedesSpiral.html

 */
GiveCurvature(t) := (2+t*t)/sqrt((1+t*t)*(1+t*t)*(1+t*t)) $


GiveRadius(t):= float(1/GiveCurvature(t));
/*
center of The osculating circle of a curve C at a given point  P = give_spiral_point(t)
*/
GiveCenter(T):= block(
	[x, y,f_, f_p, f_pp, g_, g_p, g_pp, n, d ],
	f_ : f(T),
	f_p : fp(T),
	f_pp : fpp(T),
	g_ : g(T),
	g_p : gp(T),
	g_pp : gpp(T),
	n : f_p*f_p + g_p*g_p, 
	d : f_p*g_pp - f_pp*g_p,
	x: f_ - g_p*n/d,
	y: g_ + f_p* n/d,
	return ( x+y*%i)
	
)$


GiveCircle(T):= block(
	[Center, Radius],
	Center : GiveCenter(T),
	Radius : GiveRadius(T),
	return(ellipse (float(realpart(Center)), float(imagpart(Center)), Radius, Radius, 0, 360))

)$ 





/* compute */

iMin:1;
iMax:130;
id:5;

tt: makelist(i/id, i, iMin, iMax)$

zz: map(give_spiral_point, tt)$ /* points of the spiral */

Circles : map (GiveCircle, tt)$

/* convert lists  to draw format */
points: ToPoints(zz )$



/* draw lists using draw package */

path:"~/maxima/batch/spiral/ARCHIMEDEAN_SPIRAL/a2/"$ /*  pwd, if empty then file is in a home dir , path should end with "/" */

/* draw it using draw package by */

 load(draw); 
/* if graphic  file is empty (= 0 bytes) then run draw2d command again */

 draw2d(
  user_preamble="set key top right; unset mouse",
  terminal  = 'svg,
  file_name = sconcat(path,"spiral_rc13_", string(iMin),"_", string(iMax)),
  font_size = 13,
  font = "Liberation Sans", /* https://commons.wikimedia.org/wiki/Help:SVG#Font_substitution_and_fallback_fonts */
  title= "Osculating circles of the Archimedean spiral.\ The spiral itself is not not drawn: we see it as the locus of points where the circles are especially close to each other.",
    
  dimensions = [1000, 1000],
  /* points  of the spiral, if you want to check 
  point_type    = filled_circle,
  point_size    = 1,
  points_joined = true,
  points,*/
  /* circles */
  key = "",
  line_width = 1,
  line_type = solid,
  border = true, 
  nticks = 100, 
  color = red,
  fill_color = white,
  transparent = true,
  Circles
  
  
  
  )$
  

اجازه‌نامه

من، صاحب حقوق قانونی این اثر، به این وسیله این اثر را تحث اجازه‌نامهٔ ذیل منتشر می‌کنم:
w:fa:کرییتیو کامنز
انتساب انتشار مشابه
این پرونده تحت پروانهٔ Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International منتشر شده است.
شما اجازه دارید:
  • برای به اشتراک گذاشتن – برای کپی، توزیع و انتقال اثر
  • تلفیق کردن – برای انطباق اثر
تحت شرایط زیر:
  • انتساب – شما باید اعتبار مربوطه را به دست آورید، پیوندی به مجوز ارائه دهید و نشان دهید که آیا تغییرات ایجاد شده‌اند یا خیر. شما ممکن است این کار را به هر روش منطقی انجام دهید، اما نه به هر شیوه‌ای که پیشنهاد می‌کند که مجوزدهنده از شما یا استفاده‌تان حمایت کند.
  • انتشار مشابه – اگر این اثر را تلفیق یا تبدیل می‌کنید، یا بر پایه‌ آن اثری دیگر خلق می‌کنید، می‌‌بایست مشارکت‌های خود را تحت مجوز یکسان یا مشابه با ا اصل آن توزیع کنید.

see also

references

  1. Osculating curves: around the Tait-Kneser Theoremby E. Ghys, S. Tabachnikov, V. Timorin
  2. mathworld.wolfram : OsculatingCircle

عنوان

شرحی یک‌خطی از محتوای این فایل اضافه کنید
Osculating circles of the Archimedean spiral

آیتم‌هایی که در این پرونده نمایش داده شده‌اند

توصیف‌ها

source of file انگلیسی

تاریخچهٔ پرونده

روی تاریخ/زمان‌ها کلیک کنید تا نسخهٔ مربوط به آن هنگام را ببینید.

تاریخ/زمانبندانگشتیابعادکاربرتوضیح
کنونی‏۲۳ فوریهٔ ۲۰۲۳، ساعت ۲۱:۲۳تصویر بندانگشتی از نسخهٔ مورخ ‏۲۳ فوریهٔ ۲۰۲۳، ساعت ۲۱:۲۳۱٬۰۰۰ در ۱٬۰۰۰ (۱۰۸ کیلوبایت)Mrmw
‏۲۷ مهٔ ۲۰۱۹، ساعت ۱۸:۲۸تصویر بندانگشتی از نسخهٔ مورخ ‏۲۷ مهٔ ۲۰۱۹، ساعت ۱۸:۲۸۱٬۰۰۰ در ۱٬۰۰۰ (۲۰۶ کیلوبایت)Soul windsurferUser created page with UploadWizard

صفحهٔ زیر از این تصویر استفاده می‌کند:

کاربرد سراسری پرونده

ویکی‌های دیگر زیر از این پرونده استفاده می‌کنند:

فراداده