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如何在Geogebra5中利用三角函数画出圆的渐开线

把一条没有弹性的细绳绕在一个固定的圆盘的侧面上,将铅笔系在绳的外端,把绳拉紧逐渐地展开(这时绳的拉直部分和圆保持相切),铅笔所画出的曲线,即绳的外端的轨迹叫做圆的渐开线.这个圆叫做渐开线的基圆.
工具/原料
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windows10中文家庭版

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Geogebra5中文版

圆的渐开线的参数方程推导
Geogebra5的画图步骤
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1.Geogebra5画出半径为1的圆的渐开线(Involute of a Circle),拖动B点,可以看到由点D生成的圆的渐开线的轨迹.如下图所示:

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2. 先画出一个半径(r=1)为1的圆c,指令为: c: x² + y² = 1,如下图所示:

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3.将圆c的圆心点A标出,其指令为:A = Intersect(xAxis, yAxis),如下图所示:

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4.在x轴正半轴取一点C,使其横坐标等于半径1,指令为:C=(1,0),如下图所示:

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5.  在圆c圆周上取一点B,指令为:B = Point(c),如下图所示:

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6.求出的弧度ϕ,指令为: ϕ = Angle(C, A, B),如下图所示:

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7.求出弧长ABC的弧度长度,指令为: ABC: CircularArc(A, B, C),如下图所示:

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8.选中弧ABC,在Graphics区(绘图区)将弧ABC变为红色,如下图所示:

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9.找一点D,符号圆的渐开线表达式,其指令为:D = (cos(ϕ) + ϕ sin(ϕ), sin(ϕ) - ϕ cos(ϕ))因为圆的渐开线上的一点的X,Y坐标为以下表达式,但半径r为1,所以D的坐标为:D = (cos(ϕ) + ϕ sin(ϕ), sin(ϕ) - ϕ cos(ϕ))X,Y坐标为以下表达式:

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10.   连接点B,点D,构成线段bd,指令为:bd = Segment(B, D),如下图所示:

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11.选中线段bd,改变为蓝色,以示区别:

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12. 最后根据指令画出圆的渐开线a,指令为:a = Curve(cos(t) + t sin(t), sin(t) - t cos(t), t, 0, 2π)

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13.改变通过生成的圆的渐开线a的颜色为紫色.如下图所示:

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14.这样我们画出了半径为1的圆的渐开线(Involute of a Circle),拖动B点,可以看到由点D生成的圆的渐开线的轨迹.如下图所示:

注意事项
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如果对于不同版本的Geogebra,其求解操作过程可能有细微的不同,请您自行加以调整。

2

师者,所以传道受业解惑也。人非生而知之者,孰能无惑?惑而不从师,其为惑也,终不解矣。如对您有帮助,请不吝点击投票转发,如您有任何疑问或建议,请留言评论。

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