多焦点圆是圆、
椭圆、
卵圆等各种圆形的
概括,通过多焦点圆的性质和图形特征介绍,对
圆形有了统一认识。
基本信息
多焦点圆是泛指不同焦点数和不同焦点形状,符合一定规则形成的凸闭合曲线图形的总称,是圆和椭圆概念的
扩展。
定义
为.便于对多焦点圆、椭圆和圆的统一描述,引用相关术语。(1)定点:平面内的已知点或固定点。(2)焦点环线:环绕定点一周最短的环形线,用L0表示。(3)焦点多边形:焦点环线形成的几何图形。(4)焦点:焦点多边形顶点的定点。(5)环线:动点与焦点多边形所形成的环形线,用L表示。
有了图1和术语,可以对多焦点圆作初步的描述,把多焦点圆看作是以焦点多边形为“圆心”,环线为“半径”的“圆”。
多焦点圆定义:平面内,与n(n > 0的整数)个定点间形成的环线长为常数的点的轨迹称做多焦点圆。定点间的环线形状称做焦点多边形,顶点称做焦点,焦点多边形是多焦点圆的基本属性。
特征特性
环线比值(k )
环线长和焦点环线长的比值K为无单位量,是多焦点圆的形状特征和属性的参数。表达式为:
(1.1)
环线长比值(k )在对称多焦点圆的图形与参数和特征参数分析中,起到重要作用。
多焦点圆的曲线
圆周曲线是由环线和焦点所确定的多条不同的椭圆曲线,通过相切连接形成的凸闭合光滑曲线。选择适合的坐标系,各段椭圆曲线根据参数均可建立对应的椭圆方程,能够对图形作具体分析。
多焦点圆的图形
多焦点圆是有规则的凸闭合曲线图形。环线、焦点数目和形状是多焦点圆的基本参数,确定多焦点圆的图形特征如:图形的大、小;形状的长、扁和对称性等。焦点多边形具有形和量的变化特征,参数的任何一项变化,都会引起图形的相应变化,属于多参数图形。
类型
尽管多焦点圆有多种不同的形状,根据图形特征,分为对称和非对称两类。
对称多焦点圆
焦点多边形为对称几何图形的多焦点圆称为对称多焦点圆。对称多焦点圆具有对称轴,根据对称轴数目进一步分为:
一条对称轴多焦点圆——卵形曲线
焦点多边形为等腰三角形、纺锤形(一条对角线为对称轴,对称边相等的四边形)、等腰梯形和其他具有一条对称轴图形的多焦点圆,图形类似家禽和鸟类卵的形状,称为卵形曲线。规范的卵形曲线称为普通
卵圆;具有形成图形内在规律的规范卵形曲线称为标准
卵圆。根据焦点形状和数目命名。
两条对称轴多焦点圆——椭圆形曲线
焦点多边形为线形、棱形、长方形、六边形等具有两条对称轴图形的多焦点圆称为椭圆形曲线。规范的椭圆形曲线称为普通椭圆,具有形成图形内在规律的椭圆称为标准椭圆,根据焦点形状和数目命名。
三条及其以上对称轴多焦点圆——多轴圆
焦点为正多边形的多焦点圆有多条对称轴,对称轴数与焦点正多边形的边数相同;重心在中点,类似于圆的圆心,属于规范标准曲线图形,故称为多轴圆,根据正多边形命名。
非对称多焦点圆
焦点多边形为非对称几何图形的多焦点圆,称为非对称多焦点圆。如焦点为任意三角形、任意四边形以及其他没有对称轴多边形的多焦点圆。非对称性多焦点圆图形复杂,没有确定的外部特征,大部分多焦点圆属于这一类。
对称多焦点圆具有独特的外部特征——长、宽和半轴(宽与对称轴交点将对称轴分为上、下不相等的半轴,长的半轴简称为半轴下同),外部特征值称为特征参数。为了方便叙述,把对称多焦点圆简称为多焦点圆(下同)。
作图
根据多焦点圆定义,介绍一种简易的针线作图方法:(1)自制能缩、放的环形线、大头针、直尺和笔。(2)在作图平面上作出已知点或多边形。(3)将大头针分别直立、固定在已知点或多边形的顶点上;(4)将符合长度的环形线套在大头针外,画笔由内向外拉直环线移动一周。
针线作图属于连续移动的基本作图方法,适合圆和椭圆的作图和施工放样,作图软件有待开发。
分析方法
多焦点圆的环线(L)和焦点多边形的参数称为参数;反映图形特征的长、宽和半轴称为特征参数。可以从参数和特征参数两方面,分析多焦点圆的图形特征。
参数分析
根据已知参数值,建立参数与特征参数关系式,对多焦点圆作以下几方面分析:(1)计算对称多焦点圆的特征参数(长、宽、和半轴)。(2)计算周长(近似值)、面积。(3)建立各弧段的椭圆方程。(4)多焦点圆作图。(只有参数方可作图)。(5)多焦点圆的图形设计。
特征参数分析
根据对称多焦点圆的特征参数求解参数,再由所求的参数对多焦点圆作参数分析。由于多焦点圆的参数与特征参数关系的复杂性,难以直接解出参数值。通过建立多焦点圆的参数与特征参数关系式,采用参数模拟计算方法,能够对四个焦点以内的对称多焦点圆的参数求解。
不同环线长、焦点数和焦点多边形的多焦点圆,表现出独特的图形特征。圆、
椭圆、
卵圆和多轴圆,属于不同对称轴数的对称多焦点圆。应用多焦点圆的原理和方法,将圆形的概念统一起来,使我们对各种圆形有了统一的基本认识。