在圖十三中,有一個半徑為 a 的滾動圓,沿著一個圓心為 O 而半徑為 ka 的固定圓滾動,k>1。設滾動圓與固定圓的切點,由出發時的 A 點移動到 I 點,此時,滾動圓的圓心為 J 點,而滾動圓上的定點由出發時的 A 點移動到 P 點。
圖十三
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設直線 PI 與固定圓的另一交點為 I',直線 OI 與滾動圓的另一交點為 Q,直線 OI' 與直線 PQ 交於 Q'。因為等腰三角形
與 的一個底角相同,所以它們相似,而由此可知 與
平行。於是,
與 相似,由此得
。更進一步得
請注意:
的長與 P 點的位置無關。以
為直徑作一圓,因為
與
垂直,所以此圓通過 P 點。若此圓的圓心是 J',則
,而由此可知 JPJ'O 是平行四邊形。於是,在圖十三的三圓中,弧 PI、弧 PI' 與弧 II' 對其圓心所張的角相等。由於較小的兩圓的半徑之和,a+(k-1)a,等於固定圓的半徑 ka,所以,弧 PI 與弧 PI' 的長之和等於弧 II' 的長。又因為弧 PI 的長等於弧 IA 的長,所以弧 PI' 的長等於弧 AI' 的長。
由前段所得的結果,可知:若我們作一個半徑為 (k-1)a 的圓,使它與固定點切於它的定點 A,則當它沿著固定圓向相反方向滾動時,其上的定點就會描繪出上述滾動圓所描繪的內擺線。
習題:試仿照上述方法說明描繪外擺線的另一種方法。
習題:試就內擺線的麥教方程式,討論前面所介紹的第二種描繪法。
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