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2024年12月30日

リサジュー図形とは?

 リサジュー図形とは、各点のx座標とy座標が三角関数の$\sin$や$\cos$によって決まる図形のことです。
すなわち、例えば
\begin{cases}x=A\cos(at+\theta)\\[0.5em]y=B\sin(bt+\varphi)\end{cases}
($A,B,a,b,θ,φ:$定数)という媒介変数表示で表される図形のことをリサジュー図形といいます。

$\cosθ=\sin\left(\dfrac{\pi}{2}-θ\right)$であることより、x座標とy座標の両方を$\sin$で決めてもリサジュー図形となり、
\begin{cases}x=A\sin(at+\theta)\\[0.5em]y=B\sin(bt+\varphi)\end{cases}
という媒介変数表示で表すこともできます。
 この媒介変数表示で表される図形には、例えば
線分:x=sin(t), y=sin(t)
2点$(-1,-1),(1,1)$を結ぶ線分

円:x=sin(t), y=sin(t-π/2)
中心が原点、半径$1$の円
($\sin\left(θ-\dfrac{\pi}{2}\right)=-\cos t$であることより、
円$x^2+y^2=1$の媒介変数表示であることがわかります)

楕円:x=sin(t), y=sin(t+π/4)
楕円$x^2-\sqrt{2}xy+y^2=\dfrac{1}{2}$
といった簡単な形のものから
リサジュー図形:x=sin(2t), y=sin(3t+π/4)
リサジュー図形:x=sin(5t), y=sin(2t)
リサジュー図形:x=sin(8t), y=sin(9t)
といった複雑な形のもののあります。

 リサジュー図形は振り子運動を利用するハーモノグラフという装置で描くことができます。
また、ハーモノグラフにはリサジュー図形の他に内トロコイド、外トロコイドを描くことができるものもあります。
内トロコイド:x=1/2*{cos(t)+cos(t/2)}, y=1/2*{sin(t)-sin(t/2)}
内トロコイド

外トロコイド:x=1/2*{cos(t)-cos(6t)}, y=1/2*{sin(t)-sin(6t)}
外トロコイド

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