Përdoruesi:AmbitiousDoughnut/Elipsi

Nga Wikipedia, enciklopedia e lirë
Një elips (e kuqe) i marrë si kryqëzim i një koni me një plan të pjerrët.
Elipsi: shënimevertex - kulmi , focus - vatra, center - qendra,semi-minor axis - gjysëmboshti i vogël, semi-major axis - gjysëmboshti i madh
Elipsat: shembuj me jashtëqendërsi në rritje

matematikë, një elips është një kurbë e rrafshët që rrethon dy pika vatrore, i tillë që për të gjitha pikat në kurbë, shuma e dy distancave me pikat vatrore është një konstante. Elipsi është përgjithësimi i një rrethi, i cili është lloj i veçantë i elipsit në të cilin dy vatrat janë të njëjta. Zgjatja e një elipsi matet me jashtëqendërsinë , një numër që varion nga ( rasti kufizues i një rrethi) në (rasti kufizues i zgjatjes së pafundme, jo më një elips, por një parabolë ).

Një elips ka një zgjidhje të thjeshtë algjebrike për sipërfaqjen e tij dhe një pjese të tij, por vetëm përafërsi për perimetrin e tij, për të cilin kërkohet integrim numerik për të marrë një zgjidhje të saktë.

Në mënyrë analitike, ekuacioni i një elipsi standard të përqendruar në origjinë me gjerësi dhe lartësi është:

Duke supozuar , vatrat janë për . Ekuacioni standard parametrik është:

Elipsi është lloji i mbyllur i prerjeve konike : një kurbë e rrafshit që gjurmon prerjen e një koni me një plan (shih figurën). Elipsat kanë shumë ngjashmëri me dy format e tjera të seksioneve konike, parabolat dhe hiperbolat, të cilat të dyja janë të hapura dhe të pakufizuara . Një prerje e tërthortë i pjerrët i një cilindri është gjithashtu një elips.

dhe duke ditur që

Elipsat janë të zakonshme në fizikë, astronomi dhe inxhinieri . Për shembull, orbita e secilit planet në Sistemin Diellor është përafërsisht një elips me Diellin në një pikë vatrore. E njëjta gjë vlen dhe për hënat që rrotullohen rreth planeteve dhe të gjitha sistemet e tjera të dy trupave astronomikë. Format e planetëve dhe yjeve shpesh përshkruhen mirë nga elipsoidët . Një rreth i parë nga një kënd anësor duket si një elips.

Emri, ἔλλειψις (élleipsis, "heqje") , u dha nga Apollonius i Pergës në veprën e tij Koniket.

Përkufizimi si një lokus pikash[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Elipsi: përcaktimi nga shuma e distancave vatrore
Elipsi: përcaktimi nga fokusi dhe vija drejtuese rrethore

Një elips mund të përkufizohet gjeometrikisht si një grup ose vendndodhje pikash në rrafshin Euklidian:

Jepen dy pika fikse të quajtura vatra dhe një distancë e cila është më e madhe se largësia ndërmjet vatrave, elipsa është bashkësia e pikave të tillë që shuma e largësive është e barabartë me  :

Pika e mesit e segmentit që bashkon vatra quhet qendra e elipsit. Vija që kalon nëpër vatra quhet boshti kryesor, dhe vija pingul me të përmes qendrës është boshti i vogël . Boshti kryesor takon elipsin në dy kulme , të cilët kanë distancë në qendër. Distanca e vatrave në qendër quhet distanca vatrore ose jashtëqendërsi lineare. Herësi është jashtëqendërsia .

Rasti jep një rreth dhe përfshihet si një lloj i veçantë elipsi.

Në koordinatat karteziane[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Parametrat e formës:a: gjysëmboshti i madhb: gjysëmboshti i vogël c: jashtëqendërsia linearep: parametër

Ekuacioni standard[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Forma standarde e një elipsi në koordinata karteziane supozon se origjina është qendra e elipsit, boshti x është boshti kryesor dhe:

vatrat janë pikat ,
kulmet janë .

Për një pikë arbitrare largësia nga vatra është dhe nga vatra . Prandaj pika është në vijë për:

Duke përdorur marrim ekuacionin standard i cili jepet nga formula:

ose, duke e zgjidhur në lidhje me y për të marrë funksione:

Një vijë e çfarëdoshme e pret një elipsë në 0, 1 ose 2 pika, përkatësisht të quajtura vijë e jashtme, tangjente dhe sekante . Përmes çdo pike të një elipsi ka një tangjente unike. Tangjentja në një pikë të elipsit ka ekuacionin e koordinatave:

Akset kryesore[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Jashtëqendërsia lineare[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Kjo është largësia nga qendra në një fokus: .

Tangjentja[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Një vijë e çfarëdoshme e pret një elipsë në 0, 1 ose 2 pika, përkatësisht të quajtura vijë e jashtme, tangjente dhe sekante . Përmes çdo pike të një elipsi ka një tangjente unike. Tangjentja në një pikë të elipsit ka ekuacionin e koordinatave:Stampa:NumBlk

Duke përdorur funksionet trigonometrike, një paraqitje parametrike e elipsit standard është:

Elipsi i zhvendosur[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Nëse elipsi standard zhvendoset në qendër , ekuacioni i tij është

Duke përdorur funksionet trigonometrike, një paraqitje parametrike e elipsit standard është:

Stampa:NumBlk

Paraqitja parametrike[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Ndërtimi i pikave bazuar në ekuacionin parametrik dhe interpretimi i parametrit t

Paraqitja standarde parametrike[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Duke përdorur funksionet trigonometrike, një paraqitje parametrike e elipsit standard është:

Parametri t (i quajtur anomali jashtëqendërsie në astronomi) nuk është këndi i me boshtin oX, por ka një kuptim gjeometrik të dhënë nga Philippe de La Hire (shih Vizatimi i elipseve më poshtë). [1]

ku

Forma polare[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Koordinatat polare të përqendruara në qendër.

koordinatat polare, me origjinë në qendrën e elipsit dhe me koordinatë këndore e matur nga boshti kryesor, ekuacioni i elipsit është [2] :p. 75

ku është ekscentriciteti, jo numri i Euler-it

Stampa:NumBlk

ku përsëri është gjatësia e gjysëmboshtit të madh, është jashtëqendërsia, dhe funksioni është integrali i plotë eliptik i llojit të dytë ,

Veti të matjes[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Të gjitha vetitë metrike të dhëna më poshtë i referohen një elipsi me ekuacion

Sipërfaqja[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Sipërfaqja e mbyllur nga një elips është:Stampa:NumBlk

ku dhe janë përkatësisht gjatësitë e gjysëmboshtit të madh dhe gjysëmboshtit të vogël. Formula e sipërfaqes është intuitive: filloni me një rreth me rreze (kështu është sipërfaqja e saj ) dhe e shtrini atë me një faktor për të bërë një elips. Kjo shkallëzon zonën me të njëjtin faktor: [3] Megjithatë, përdorimi i së njëjtës qasje për perimetrin do të ishte i gabuar - krahasoni integralet dhe . Është gjithashtu e lehtë të vërtetohet me rigorozitet formula e zonës duke përdorur integrimin.

Integrali i dytë është zona e një rrethi me rreze kjo eshte, Kështu që

Zona e mbyllur nga një elips i anuar është .

Deri më tani kemi trajtuar elipsë të ngritur, boshtet kryesore dhe të vogla të të cilëve janë paralele me dhe sëpata. Megjithatë, disa zbatime kërkojnë elipsë të pjerrët. Në optikën e rrezeve me grimca të ngarkuara, për shembull, zona e mbyllur e një elipsi të ngritur ose të pjerrët është një veti e rëndësishme e rrezes, emetimi i saj. Në këtë rast ende zbatohet një formulë e thjeshtë, domethënëStampa:NumBlk

ku , janë përgjimet dhe , janë vlerat maksimale. Ky përfundim rrjedh drejtpërdrejt nga teorema e Apollonit .

Perimetri[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Elipsë me perimetër të njëjtë

Perimetri i një elipsi është:

ku përsëri është gjatësia e gjysëmboshtit të madh, është jashtëqendërsia, dhe funksioni është integrali i plotë eliptik i llojit të dytë ,

që në përgjithësi nuk është funksion elementar .

Srinivasa Ramanujan dha dy përafrime të afërta për perimetrin në §16 të "Ekuacionet modulare dhe përafrimet në "; [4] ata janë

Valët e zërit reflektohen në një mënyrë të ngjashme, kështu që në një dhomë të madhe eliptike një person që qëndron në një vatër mund të dëgjojë jashtëzakonisht mirë një person që qëndron në vatrën tjetër. Efekti është edhe më i dukshëm nën një çati të harkuar në formë të një seksioni të një sferoidi prolat. Një dhomë e tillë quhet një dhomë pëshpëritëse . I njëjti efekt mund të demonstrohet me dy reflektorë në formë si kapakët fundorë të një sferoidi të tillë, të vendosur përballë njëri-tjetrit në distancën e duhur. Shembuj janë Salla e Statujave Kombëtare në Kapitolin e Shteteve të Bashkuara (ku John Quincy Adams thuhet se e ka përdorur këtë pronë për përgjimin e çështjeve politike); tabernakulli Mormon në Sheshin e Tempullit në Solt-Lejk-Siti, Juta ; në një ekspozitë mbi zërin në Muzeun e Shkencës dhe Industrisë në Çikago ; përballë Universitetit të Illinois në Urbana–Champaign Foellinger Auditorium; dhe gjithashtu në një dhomë anësore të Pallatit të Charles V, në Alahambra .

Gjatësia e harkut[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Në përgjithësi, gjatësia e harkut të një pjese të perimetrit, si funksion i këndit të tendosur (ose abshisat e çdo dy pikave në gjysmën e sipërme të elipsit), jepen nga një integral eliptik jo i plotë. Gjysma e sipërme e një elipsi parametrizohet nga

Pastaj gjatësia e harkut nga te është:

Kjo është e barabartë me

ku është integrali eliptik jo i plotë i llojit të dytë me parametër

Si seksione të rrafshët të kuadrikëve[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Elipsat shfaqen si prerje të rrafshta të kuadrikëve të mëposhtëm:

Aplikacionet[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Reflektorët eliptikë dhe akustika[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Modeli i valës së një pikëze të vogël të rënë në merkur në njërën vatër të elipsit

Nëse sipërfaqja e ujit ngacmohet në një nga vatrat e një rezervuari uji eliptik, valët rrethore të këtij ngacmimi, pasi reflektohen nga muret, konvergjojnë njëkohësisht në një pikë të vetme: vatrën e dytë . Kjo është pasojë e gjatësisë totale të udhëtimit që është e njëjtë përgjatë çdo shtegu reflektimi midis dy vatrave.

Në mënyrë të ngjashme, nëse një burim drite vendoset në një vatër të një pasqyre eliptike, të gjitha rrezet e dritës në rrafshin e elipsit reflektohen në vatrën e dytë. Meqenëse asnjë kurbë tjetër e lëmuar nuk ka një veti të tillë, ajo mund të përdoret si një përkufizim alternativ i një elipsi. (Në rastin e veçantë të një rrethi me një burim në qendër, e gjithë drita do të reflektohej përsëri në qendër. ) Nëse elipsi rrotullohet përgjatë boshtit të tij kryesor për të prodhuar një pasqyrë elipsoidale, kjo veti vlen për të gjitha rrezet jashtë burimit. Përndryshe, një pasqyrë cilindrike me prerje tërthore eliptike mund të përdoret për të fokusuar dritën nga një llambë fluoreshente lineare përgjatë një vije letre; pasqyra të tilla përdoren në disa skanera dokumentesh .

Orbitat planetare[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Në shekullin e 17-të, Johannes Kepleri zbuloi se orbitat përgjatë të cilave planetët udhëtojnë rreth Diellit janë elipsa me Diellin [përafërsisht] në një vatër, në ligjin e tij të parë të lëvizjes planetare . Më vonë, Isak Njutoni e shpjegoi këtë si rrjedhojë e ligjit të tij të gravitetit universal .

Në përgjithësi, në problemin e rëndesës me dy trupa, nëse të dy trupat janë të lidhur me njëri-tjetrin (d.m.th., energjia totale është negative), orbitat e tyre janë elipsa të ngjashëm me bariqendrën e përbashkët që është një nga vatrat e çdo elipsi. Vatra tjetër i secilit elips nuk ka asnjë domethënie fizike të njohur. Orbita e secilit trup në kuadrin e referencës së tjetrit është gjithashtu një elips, me trupin tjetër në të njëjtën vatër.

Orbitat eliptike Kepleriane janë rezultat i çdo force tërheqëse të drejtuar sipas rrezes (rrezore). Forca është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e largësisë. Kështu, në parim, lëvizja e dy grimcave të ngarkuara në mënyrë të kundërt në hapësirën boshe do të ishte gjithashtu një elips. (Megjithatë, ky përfundim injoron humbjet për shkak të rrezatimit elektromagnetik dhe efekteve kuantike, të cilat bëhen të rëndësishme kur grimcat lëvizin me shpejtësi të madhe. )

Për orbitat eliptike, marrëdhëniet e dobishme që përfshijnë jashtëqendërsinë janë:

.
  • është rrezja në apoaps (largësia më e largët)
  • është rrezja në periaps (largësia më e afërt)
  • është gjatësia e gjysëmboshtit të madh

Gjithashtu, për sa i përket dhe , gjysëmboshti i madh është mesatarja e tyre aritmetike, boshti gjysmë i vogël është mesatarja e tyre gjeometrike dhe parametri është mesatarja e tyre harmonike . Me fjale te tjera,

Lëkundësit harmonikë[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Zgjidhja e përgjithshme për një lëkundësi harmonik në dy ose më shumë dimensione është gjithashtu një elips. I tillë është rasti, për shembull, i një lavjerrësi të gjatë që lëviz në dy dimensione; i një mase të ngjitur në një pikë fikse nga një sustë krejtësisht elastike; ose i çdo objekti që lëviz nën ndikimin e një force tërheqëse që është drejtpërdrejt e përpjesshme me largësinë e tij nga një tërheqës fiks. Megjithatë, ndryshe nga orbitat Kepleriane, këto "orbita harmonike" kanë qendrën e tërheqjes në qendrën gjeometrike të elipsit dhe kanë ekuacione mjaft të thjeshta të lëvizjes.

Vizualizimi i fazës[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

elektronikë, faza relative e dy sinjaleve sinusoidale mund të krahasohet duke i ushqyer ato në hyrjet vertikale dhe horizontale të një oshiloskopi . Nëse shfaqja e figurës Lissajous është një elips, dhe jo një vijë e drejtë, të dy sinjalet janë jashtë fazës.

Ingranazhet eliptike[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Dy ingranazhe jo rrethore me të njëjtin skicë eliptike, secila duke u rrotulluar rreth një vatre dhe të pozicionuara në këndin e duhur, rrotullohen pa probleme duke ruajtur kontaktin gjatë gjithë kohës. Përndryshe, ato mund të lidhen me një zinxhir lidhës ose rrip kohues, ose në rastin e një biçiklete unaza kryesore e zinxhirit mund të jetë eliptike ose një vezake e ngjashme me një elips në formë. Ingranazhe të tilla eliptike mund të përdoren në pajisjet mekanike për të prodhuar shpejtësi këndore ose çift rrotullues të ndryshueshëm nga një rrotullim konstant i boshtit lëvizës, ose në rastin e një biçiklete për të lejuar një shpejtësi të ndryshme rrotullimi të manivelit me përparësi mekanike të ndryshueshme.

Ingranazhet eliptike të biçikletave e bëjnë më të lehtë që zinxhiri të rrëshqasë nga dhëmbëzimi kur ndërron marshin. [5]

Një shembull i zbatimit të ingranazheve do të ishte një pajisje që mbështjell fijen mbi një bobine konike në një makinë tjerrëse . Bobina do të duhet të mbështillet më shpejt kur filli është afër majës sesa kur është afër bazës. [6]

Optika[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

  • Në burimet e dritës EUV të prodhuara nga plazma lazer të përdorura në litografinë me mikroçip, drita EUV gjenerohet nga plazma e pozicionuar në fokusin parësor të një pasqyre elipsoidale dhe mblidhet në fokusin dytësor në hyrjen e makinës së litografisë. [7]

Statistika dhe financa[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

statistikë, një vektor i rastësishëm bivariant ka shpërndarje të dyfishtë eliptike nëse konturet e tij me izo-densitet - lokacione me vlera të barabarta të funksionit të densitetit - janë elipse. Koncepti shtrihet në një numër arbitrar të elementeve të vektorit të rastësishëm, në të cilin rast në përgjithësi konturet e izo-densitetit janë elipsoidë. Një rast i veçantë është shpërndarja normale multivariate . Shpërndarjet eliptike janë të rëndësishme në financë sepse nëse normat e kthimit të aktiveve shpërndahen bashkërisht në mënyrë eliptike, atëherë të gjitha portofolet mund të karakterizohen plotësisht nga mesatarja dhe varianca e tyre - domethënë, çdo dy portofole me pritje dhe variancë të njëjtë të kthimit të portofolit kanë shpërndarje identike kthimi të portofolit. [8] [9]

Teoria e optimizmit[Redakto | Redakto nëpërmjet kodit]

Ndonjëherë është e dobishme të gjesh elipsin kufizues minimal të një grup pikash. Metoda elipsoide është mjaft e dobishme për zgjidhjen e këtij problemi. [[Kategoria:Faqe me përkthime të pashqyrtuara]]

  1. ^ K. Strubecker: Vorlesungen über Darstellende Geometrie, GÖTTINGEN, VANDENHOECK & RUPRECHT, 1967, p. 26
  2. ^ Lawrence, J. Dennis, A Catalog of Special Plane Curves, Dover Publ., 1972.
  3. ^ Archimedes. (1897). The works of Archimedes. Heath, Thomas Little, Sir, 1861-1940. Mineola, N.Y.: Dover Publications. fq. 115. ISBN 0-486-42084-1. OCLC 48876646. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  4. ^ Ramanujan, Srinivasa (1914). "Modular Equations and Approximations to π". Quart. J. Pure App. Math. 45: 350–372. ISBN 9780821820766. {{cite journal}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  5. ^ David Drew. "Elliptical Gears".
  6. ^ Grant, George B. (1906). A treatise on gear wheels. Philadelphia Gear Works. fq. 72. {{cite book}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  7. ^ "Cymer - EUV Plasma Chamber Detail Category Home Page". Arkivuar nga origjinali më 2013-05-17. Marrë më 2013-06-20. {{cite web}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)
  8. ^ Chamberlain, G. (shkurt 1983). "A characterization of the distributions that imply mean—Variance utility functions". Journal of Economic Theory. 29 (1): 185–201. doi:10.1016/0022-0531(83)90129-1. {{cite journal}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)Mirëmbajtja CS1: Datë e përkthyer automatikisht (lidhja)
  9. ^ Owen, J.; Rabinovitch, R. (qershor 1983). "On the class of elliptical distributions and their applications to the theory of portfolio choice". Journal of Finance. 38 (3): 745–752. doi:10.1111/j.1540-6261.1983.tb02499.x. JSTOR 2328079. {{cite journal}}: Mungon ose është bosh parametri |language= (Ndihmë!)Mirëmbajtja CS1: Datë e përkthyer automatikisht (lidhja)