Замечательные кривые — страница 3

  • Просмотров 4362
  • Скачиваний 505
  • Размер файла 376
    Кб

следует, что если взять на графике функции y=1/2(ex-e-x) (рис. 4) x=d, то соответствующая ордината у точки E этого графика будет равна l. Так как l=1/2(ed-e-d)<r=1/2(ed-e-d) (см. рис. 5), то получается любопытное заключение: длина дуги CB цепной линии, представленной на рис. 5 (половина длины всей цепочки) короче, чем ордината точки подвеса. С другой стороны, имеем: l>d, т.е. эта длина больше, чем абсцисса точки подвеса. А если длина не та? Как отыскать

уравнение линии в случае, когда для данных точек подвеса A и B длина цепочки 2l` не совпадает с длиной 2l дуги AB, принадлежащей кривой y=1/2(ex-e-x)? В поисках ответа мы будем опираться на отмеченный выше факт, что все цепные линии подобны между собой. Пусть, например, l`>l. Тогда цепочка провиснет по некоторой дуге AC`B, расположенной под дугой ACB(рис. 5). Мы покажем, что нужное уравнение цепной линии, которой принадлежит дуга AC`B, можно найти в

три приёма. Сначала перейти от кривой (1): y=1/2(ex-e-x) к некоторой кривой (2): y=1/2(ex/k-e-x/k);эта кривая получается из (1) посредством преобразования подобия с центром в точке O и коэффициентом подобия k (k>0). Затем перейти от кривой (2) к кривой (3): y=b+k/2(ex/k-e-x/k) посредством сдвига предыдущей в направлении оси ординат (в зависимости от знака b вверх или вниз). Вся хитрость заключается в том, чтобы определить коэффициент подобия k. С этой целью отметим

в плоскости вспомогательной кривой, изображённой на рис. 4, точку F с координатами x=d и y=l`. В силу того, что l`>l, она не попадёт на кривую, а окажется выше неё. Продолжим OF до пересечения с кривой в некоторой точке G (можно доказать, что точка пересечения найдётся, помимо точки O, и притом только одна). Положим OF/OG (в нашем случае 0<k<1); тогда координатами точки G будут числа x=d/k, y=l`/k. Поэтому они будут связаны уравнением кривой:

l`/k=1/2(ed/k-e-d/k). Отсюда следует, что если на кривой (1) (рис. 3) взять точки A` и B` с абсциссами –d/k и d/k, то длина дуги A`B`, их соединяющей, будет равна 2l`/k. Все цепные линии подобны. Найденное число k используем как коэффициент подобия в преобразовании кривой (1); в качестве центра подобия возьмем начало координат O. Тогда каждой точке P(x,y) кривой (1) будет соответствовать точка Q(kx,ky) преобразованной кривой (2) (рис. 6). Если ввести обозначения: X=kx,

Y=ky, то x=X/k, y=Y/k. Последние числа должны удовлетворять уравнению (1), так как точка P(x,y) лежит на ней. Получаем: Y/k=1/2(eX/k-e-X/k). Это и есть уравнение кривой (2), полученной в результате преобразования. Большие буквы для обозначения координат можно здесь заменить маленькими, помня, что теперь это координаты любой точки кривой (2). Заметим, что точкам A` и B` кривой (1) с абсциссами –d/k и d/k будут соответствовать точки A`` и B`` кривой (2) с абсциссами –d