莱洛三角形和定宽曲线

弧三角形,又叫莱洛三角形, 是机械学家莱洛首先进行研究的.弧三角形是这样画的;先画正三角,然后分别以点三个顶点为圆心,边长长为半径画弧得到的三角。

  通过勒贝格积分可以算出,勒洛三角是定宽曲线所能构成的面积最小的图形,其面积为1/2[π-(3^1/2)]s^1/2,s为定宽宽度。

勒洛三角也是“除了圆形以外,还有什么形状的下水道盖不会掉入下水道?”这个问题的一个答案。

因为圆形的每一条直径是相等的,井盖做成圆形的话,无论从哪个角度盖子都不会掉到井里去。
而其它形状总会有一条内径是最长的,例如矩形,其对角线就长于边长,如果把井盖做成矩形,就极有可能从对角线的角度掉下去。
所以下水道的井盖总是做成圆形的。

这个问题最早是微软公司招聘员工时的测试题,答案是这样的:圆盖的任何直径都不会比放它的圆圈小,盖子不会掉下去。方盖的任何一个边都比放它的方圈的对角线短,但盖子立起时会掉下去。

此题是为了考察一个人的换角度思考问题的能力。

定宽:

 

  定宽曲线的概念:具有(类似圆的)定宽性的曲线称为定宽曲线

 

  定宽性,几何上的理解是:将一个圆放在两条平行线中间,使之与这两平行线相切。则可以做到:无论这个圆如何运动,它还是在这两条平行线内,并且始终与这两条平行线相切。

 

  定宽性与稳定性类似

 

  定宽曲线的举例:圆形、曲线ABC(见下)、月亮、圆球(太阳)

 

  有耐心可以做一下:【曲线ABC】作一个等边三角形ABC,然后以顶点A为圆心,三角形边长为半径,做弧连接BC点,再以顶点B为圆心,三角形边长为半径,做弧连接AC点,再以顶点C为圆心,三角形边长为半径,做弧连接AB点,则曲线ABC也是一条定宽曲线。

定宽曲线的实际应用:

 

  车轮为什么设计成圆形?

 

  当然车轮不一定是圆的,但圆的车轮应用的最多。

 

  人们将车轮做成圆形,是利用了圆的一个重要性质:将一个圆放在两条平行线中间,使之与这两平行线相切。则可以做到:无论这个圆如何运动,它还是在这两条平行线内,并且始终与这两条平行线相切。此即圆的定宽性质,具有类似圆的定宽性质的曲线称为定宽曲线。

 

  用圆作车轮是人类文明发展过程中选择的结果,不仅由于圆的定宽性,还由于圆是最常见的图形之一,比如太阳,月亮等,也是所有定宽曲线中最简单的。圆形较为容易加工。而且定宽的稳定性较好,即使圆形不算正规,还会保持较好的定宽性。

 

  另外,圆形还具有一条重要的性质,几何中心的稳定性,圆的中轴(过圆心的轴)在圆转动的时候是保持高度不变的,始终是地面往上半径的高度。

 

  试想用上面给出的另一条定宽曲线,它的几何中心是不稳定的,随着图形的转动上下跳动,这样是不适合做车轮的。

 

  基于上诉特点,圆形的车轮是应用最广泛的。

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