萊洛三角形和定寬曲線


弧三角形,又叫萊洛三角形, 是機械學家萊洛首先進行研究的.弧三角形是這樣畫的;先畫正三角,然后分別以點三個頂點為圓心,邊長長為半徑畫弧得到的三角。

  通過勒貝格積分可以算出,勒洛三角是定寬曲線所能構成的面積最小的圖形,其面積為1/2[π-(3^1/2)]s^1/2,s為定寬寬度。

勒洛三角也是“除了圓形以外,還有什么形狀的下水道蓋不會掉入下水道?”這個問題的一個答案。

因為圓形的每一條直徑是相等的,井蓋做成圓形的話,無論從哪個角度蓋子都不會掉到井里去。
而其它形狀總會有一條內徑是最長的,例如矩形,其對角線就長於邊長,如果把井蓋做成矩形,就極有可能從對角線的角度掉下去。
所以下水道的井蓋總是做成圓形的。

這個問題最早是微軟公司招聘員工時的測試題,答案是這樣的:圓蓋的任何直徑都不會比放它的圓圈小,蓋子不會掉下去。方蓋的任何一個邊都比放它的方圈的對角線短,但蓋子立起時會掉下去。

此題是為了考察一個人的換角度思考問題的能力。

 

 

 

 

 

 

定寬:

 

  定寬曲線的概念:具有(類似圓的)定寬性的曲線稱為定寬曲線

 

  定寬性,幾何上的理解是:將一個圓放在兩條平行線中間,使之與這兩平行線相切。則可以做到:無論這個圓如何運動,它還是在這兩條平行線內,並且始終與這兩條平行線相切。

 

  定寬性與穩定性類似

 

  定寬曲線的舉例:圓形、曲線ABC(見下)、月亮、圓球(太陽)

 

  有耐心可以做一下:【曲線ABC】作一個等邊三角形ABC,然后以頂點A為圓心,三角形邊長為半徑,做弧連接BC點,再以頂點B為圓心,三角形邊長為半徑,做弧連接AC點,再以頂點C為圓心,三角形邊長為半徑,做弧連接AB點,則曲線ABC也是一條定寬曲線。

定寬曲線的實際應用:

 

  車輪為什么設計成圓形?

 

  當然車輪不一定是圓的,但圓的車輪應用的最多。

 

  人們將車輪做成圓形,是利用了圓的一個重要性質:將一個圓放在兩條平行線中間,使之與這兩平行線相切。則可以做到:無論這個圓如何運動,它還是在這兩條平行線內,並且始終與這兩條平行線相切。此即圓的定寬性質,具有類似圓的定寬性質的曲線稱為定寬曲線。

 

  用圓作車輪是人類文明發展過程中選擇的結果,不僅由於圓的定寬性,還由於圓是最常見的圖形之一,比如太陽,月亮等,也是所有定寬曲線中最簡單的。圓形較為容易加工。而且定寬的穩定性較好,即使圓形不算正規,還會保持較好的定寬性。

 

  另外,圓形還具有一條重要的性質,幾何中心的穩定性,圓的中軸(過圓心的軸)在圓轉動的時候是保持高度不變的,始終是地面往上半徑的高度。

 

  試想用上面給出的另一條定寬曲線,它的幾何中心是不穩定的,隨着圖形的轉動上下跳動,這樣是不適合做車輪的。

 

  基於上訴特點,圓形的車輪是應用最廣泛的。


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