Spindulys ir apskritimas kreivio. Centras kreivio. Evoliutė ir evolventė[ keisti ]
Vaizdas:Kreivispav145.jpg 145 pav.
Apibrėžimas. Dydis R , priešingas kreiviui K linijos duotame taške M , vadinasi kreivio spinduliu šitos linijos nagrinėjamame taške:
R
=
1
K
,
(
1
)
{\displaystyle R={\frac {1}{K}},\quad (1)}
arba
R
=
[
1
+
(
d
y
d
x
)
2
]
3
2
|
d
2
y
d
x
2
|
.
(
2
)
{\displaystyle R={\frac {\left[1+\left({\frac {dy}{dx}}\right)^{2}\right]^{3 \over 2}}{\left|{\frac {d^{2}y}{dx^{2}}}\right|}}.\quad (2)}
Nubrėžkime iš taško M normalę kreivės (145 pav.), nukreiptą į kreivės įlenkimo pusę, ir atidėsime ant šitos normalės atkarpą MC , lygią spinduliui R kreivio kreivės taške M . Taškas C vadinasi kreivio centru duotos kreivės taške M , apskritimas spindulio R su centru taške C (pereinantis per tašką M ) vadinasi apskritimu kreivio duotos kreivės taške M .
Iš apibrėžimo apskritimo kreivio seka, kad duotame taške kreivis kreivės ir kreivis apskritimo lygūs tarpusavyje.
Įvesime formules, nustatančias centro koordinates kreivio.
Tegu kreivė užrašyta lygtimi
y
=
f
(
x
)
.
(
3
)
{\displaystyle y=f(x).\quad (3)}
Vaizdas:Kreivispav146.jpg 146 pav.
Užfiksuosime ant kreivės tašką M (x; y) ir nustatysime koordinates
α
{\displaystyle \alpha }
ir
β
{\displaystyle \beta }
kreivio centro, atitinkančias šitam taškui (146 pav.). Tam užrašysime lygtį normalės kreivės taške M :
Y
−
y
=
−
1
y
′
(
X
−
x
)
.
(
4
)
{\displaystyle Y-y=-{\frac {1}{y'}}(X-x).\quad (4)}
(Čia X ir Y - dabartinės koordinatės normalės taško.)
(Paaiškinimui, paimkime, kreivės tašką
M
(
x
M
;
y
M
)
,
{\displaystyle M(x_{M};\;y_{M}),}
tada kreivės normalės lygtis tame taške atrodys taip:
y
−
y
M
=
−
1
f
′
(
x
M
)
(
x
−
x
M
)
,
{\displaystyle y-y_{M}=-{\frac {1}{f'(x_{M})}}(x-x_{M}),}
arba, kas visiškai tas pats (
y
′
(
x
M
)
=
f
′
(
x
M
)
=
d
y
d
x
|
x
M
{\displaystyle y'(x_{M})=f'(x_{M})={\frac {{\text{d}}y}{{\text{d}}x}}|_{x_{M}}}
), taip:
y
M
−
y
=
−
1
f
′
(
x
M
)
(
x
M
−
x
)
;
{\displaystyle y_{M}-y=-{\frac {1}{f'(x_{M})}}(x_{M}-x);}
toliau mums reikia tik tų kreivės normalės taškų, kurie yra kreivio centrai, tai yra
C
(
α
;
β
)
{\displaystyle C(\alpha ;\;\beta )}
, todėl kreivės normalės lygtį apribojame sąlyga
y
=
β
{\displaystyle y=\beta }
ir
x
=
α
{\displaystyle x=\alpha }
, todėl užrašome:
β
−
y
M
=
−
1
f
′
(
x
M
)
(
α
−
x
M
)
;
{\displaystyle \beta -y_{M}=-{\frac {1}{f'(x_{M})}}(\alpha -x_{M});}
ta sąlyga yra
(
α
−
x
M
)
2
+
(
β
−
y
M
)
2
=
R
2
;
{\displaystyle (\alpha -x_{M})^{2}+(\beta -y_{M})^{2}=R^{2};}
toliau bus pažymėta, kad
x
M
=
x
{\displaystyle x_{M}=x}
,
y
M
=
y
{\displaystyle y_{M}=y}
;
f
′
(
x
M
)
=
y
′
{\displaystyle \;f'(x_{M})=y'}
.)
Kadangi taškas
C
(
α
;
β
)
{\displaystyle C(\alpha ;\;\beta )}
guli ant normalės, tai jo koordintės turi tenkinti lygčiai (4):
β
−
y
=
−
1
y
′
(
α
−
x
)
.
(
5
)
{\displaystyle \beta -y=-{\frac {1}{y'}}(\alpha -x).\quad (5)}
Toliau, taškas
C
(
α
;
β
)
{\displaystyle C(\alpha ;\;\beta )}
randasi nuo taško M (x; y) atstumu, lygiu kreivio spinduliui R :
(
α
−
x
)
2
+
(
β
−
y
)
2
=
R
2
.
(
6
)
{\displaystyle (\alpha -x)^{2}+(\beta -y)^{2}=R^{2}.\quad (6)}
Sprendžiant kartu lygtis (5) ir (6), nustatysime
α
{\displaystyle \alpha }
ir
β
{\displaystyle \beta }
:
β
−
y
=
−
1
y
′
(
α
−
x
)
,
{\displaystyle \beta -y=-{\frac {1}{y'}}(\alpha -x),}
(
α
−
x
)
2
+
(
β
−
y
)
2
=
(
α
−
x
)
2
+
(
−
1
y
′
(
α
−
x
)
)
2
=
R
2
,
{\displaystyle (\alpha -x)^{2}+(\beta -y)^{2}=(\alpha -x)^{2}+\left(-{\frac {1}{y'}}(\alpha -x)\right)^{2}=R^{2},}
(
α
−
x
)
2
+
1
y
′
2
(
α
−
x
)
2
=
R
2
,
{\displaystyle (\alpha -x)^{2}+{\frac {1}{y'^{2}}}(\alpha -x)^{2}=R^{2},}
(
y
′
2
+
1
)
(
α
−
x
)
2
y
′
2
=
R
2
,
{\displaystyle {\frac {(y'^{2}+1)(\alpha -x)^{2}}{y'^{2}}}=R^{2},}
(
α
−
x
)
2
=
(
y
′
)
2
1
+
(
y
′
)
2
R
2
;
{\displaystyle (\alpha -x)^{2}={\frac {(y')^{2}}{1+(y')^{2}}}R^{2};}
iš čia
α
−
x
=
±
(
y
′
)
2
1
+
(
y
′
)
2
R
2
,
{\displaystyle \alpha -x=\pm {\sqrt {{\frac {(y')^{2}}{1+(y')^{2}}}R^{2}}},}
α
=
x
±
y
′
1
+
y
′
2
R
;
{\displaystyle \alpha =x\pm {\frac {y'}{\sqrt {1+y'^{2}}}}R;}
(
β
−
y
)
2
=
R
2
−
(
α
−
x
)
2
=
R
2
−
(
y
′
)
2
1
+
(
y
′
)
2
R
2
,
{\displaystyle (\beta -y)^{2}=R^{2}-(\alpha -x)^{2}=R^{2}-{\frac {(y')^{2}}{1+(y')^{2}}}R^{2},}
(
β
−
y
)
2
=
1
+
(
y
′
)
2
−
(
y
′
)
2
1
+
(
y
′
)
2
R
2
,
{\displaystyle (\beta -y)^{2}={\frac {1+(y')^{2}-(y')^{2}}{1+(y')^{2}}}R^{2},}
(
β
−
y
)
2
=
1
1
+
(
y
′
)
2
R
2
,
{\displaystyle (\beta -y)^{2}={\frac {1}{1+(y')^{2}}}R^{2},}
(
0
<
β
−
y
=
1
1
+
(
y
′
)
2
R
,
{\displaystyle 0<\beta -y={\frac {1}{\sqrt {1+(y')^{2}}}}R,}
)
β
=
y
∓
1
1
+
y
′
2
R
,
{\displaystyle \beta =y\mp {\frac {1}{\sqrt {1+y'^{2}}}}R,}
o kadangi
R
=
(
1
+
y
′
2
)
3
/
2
|
y
″
|
,
{\displaystyle R={\frac {(1+y'^{2})^{3/2}}{|y''|}},}
tai
α
=
x
±
y
′
1
+
y
′
2
R
=
x
±
y
′
1
+
y
′
2
⋅
(
1
+
y
′
2
)
3
|
y
″
|
=
x
±
y
′
(
1
+
y
′
2
)
|
y
″
|
,
{\displaystyle \alpha =x\pm {\frac {y'}{\sqrt {1+y'^{2}}}}R=x\pm {\frac {y'}{\sqrt {1+y'^{2}}}}\cdot {\frac {\sqrt {(1+y'^{2})^{3}}}{|y''|}}=x\pm {\frac {y'(1+y'^{2})}{|y''|}},}
β
=
y
∓
1
1
+
y
′
2
R
=
y
∓
1
1
+
y
′
2
⋅
(
1
+
y
′
2
)
3
|
y
″
|
=
y
∓
1
+
y
′
2
|
y
″
|
.
{\displaystyle \beta =y\mp {\frac {1}{\sqrt {1+y'^{2}}}}R=y\mp {\frac {1}{\sqrt {1+y'^{2}}}}\cdot {\frac {\sqrt {(1+y'^{2})^{3}}}{|y''|}}=y\mp {\frac {1+y'^{2}}{|y''|}}.}
Kad išspręsti klausimą apie tai, viršutinius ar apatinius ženklus reikia imti paskutiniuose formulėse, reikia panagrinėti atvėjį
y
″
>
0
{\displaystyle y''>0}
ir atvejį
y
″
<
0
{\displaystyle y''<0}
. Jeigu
y
″
>
0
{\displaystyle y''>0}
, tai šitame taške kreivė įgaubta ir, iš to seka,
β
>
y
{\displaystyle \beta >y}
(146 pav.) ir todėl reikia imti apatinius ženklus. Atsižvelgiant, kad šituo atveju
|
y
″
|
=
y
″
{\displaystyle |y''|=y''}
, formulės centro koordinačių bus:
α
=
x
−
y
′
(
1
+
y
′
2
)
y
″
,
(
7
)
{\displaystyle \alpha =x-{\frac {y'(1+y'^{2})}{y''}},\quad (7)}
β
=
y
+
1
+
y
′
2
y
″
.
(
7
)
{\displaystyle \beta =y+{\frac {1+y'^{2}}{y''}}.\quad (7)}
Analogišku budu galima parodyti, kad formulės (7) bus teisingos ir atveju
y
″
<
0
{\displaystyle y''<0}
.
Jeigu kreivė užrašyta parametrinėmis lygtimis
x
=
ϕ
(
t
)
,
y
=
ψ
(
t
)
,
{\displaystyle x=\phi (t),\quad y=\psi (t),}
tai centro koordinates lengva gauti iš formulių (7), įstačius į jas vietoje
y
′
{\displaystyle y'}
ir
y
″
{\displaystyle y''}
jų išraiškas per parametrą
y
′
=
y
t
′
x
t
′
;
y
″
=
y
t
″
x
t
′
−
y
t
′
x
t
″
x
t
′
3
.
{\displaystyle y'={\frac {y_{t}'}{x_{t}'}};\quad y''={\frac {y_{t}''x_{t}'-y_{t}'x_{t}''}{x_{t}'^{3}}}.}
Tada
α
=
x
−
y
t
′
x
t
′
(
1
+
(
y
t
′
x
t
′
)
2
)
y
t
″
x
t
′
−
y
t
′
x
t
″
x
t
′
3
=
x
−
y
t
′
x
t
′
(
1
+
(
y
t
′
x
t
′
)
2
)
⋅
x
t
′
3
y
t
″
x
t
′
−
y
t
′
x
t
″
=
x
−
y
t
′
x
t
′
⋅
(
x
t
′
)
2
+
(
y
t
′
)
2
(
x
t
′
)
2
⋅
x
t
′
3
y
t
″
x
t
′
−
y
t
′
x
t
″
=
x
−
y
′
(
x
′
2
+
y
′
2
)
y
″
x
′
−
y
′
x
″
,
(
7
′
)
{\displaystyle \alpha =x-{\frac {{\frac {y_{t}'}{x_{t}'}}(1+({\frac {y_{t}'}{x_{t}'}})^{2})}{\frac {y_{t}''x_{t}'-y_{t}'x_{t}''}{x_{t}'^{3}}}}=x-{\frac {y_{t}'}{x_{t}'}}(1+({\frac {y_{t}'}{x_{t}'}})^{2})\cdot {\frac {x_{t}'^{3}}{y_{t}''x_{t}'-y_{t}'x_{t}''}}=x-{\frac {y_{t}'}{x_{t}'}}\cdot {\frac {(x_{t}')^{2}+(y_{t}')^{2}}{(x_{t}')^{2}}}\cdot {\frac {x_{t}'^{3}}{y_{t}''x_{t}'-y_{t}'x_{t}''}}=x-{\frac {y'(x'^{2}+y'^{2})}{y''x'-y'x''}},\quad (7')}
β
=
y
+
1
+
(
y
t
′
x
t
′
)
2
y
t
″
x
t
′
−
y
t
′
x
t
″
x
t
′
3
=
y
+
(
1
+
(
y
t
′
x
t
′
)
2
)
⋅
x
t
′
3
y
t
″
x
t
′
−
y
t
′
x
t
″
=
y
+
(
x
t
′
)
2
+
(
y
t
′
)
2
(
x
t
′
)
2
⋅
(
x
t
′
)
3
y
t
″
x
t
′
−
y
t
′
x
t
″
=
y
+
x
′
(
x
′
2
+
y
′
2
)
y
″
x
′
−
y
′
x
″
.
(
7
′
)
{\displaystyle \beta =y+{\frac {1+({\frac {y_{t}'}{x_{t}'}})^{2}}{\frac {y_{t}''x_{t}'-y_{t}'x_{t}''}{x_{t}'^{3}}}}=y+(1+({\frac {y_{t}'}{x_{t}'}})^{2})\cdot {\frac {x_{t}'^{3}}{y_{t}''x_{t}'-y_{t}'x_{t}''}}=y+{\frac {(x_{t}')^{2}+(y_{t}')^{2}}{(x_{t}')^{2}}}\cdot {\frac {(x_{t}')^{3}}{y_{t}''x_{t}'-y_{t}'x_{t}''}}=y+{\frac {x'(x'^{2}+y'^{2})}{y''x'-y'x''}}.\quad (7')}
Jeigu taške
M
1
(
x
;
y
)
{\displaystyle M_{1}(x;y)}
duotos linijos kreivis nėra nulis, tai šitam taškui atitinka tam tikras kreivio centras
C
1
(
α
;
β
)
{\displaystyle C_{1}(\alpha ;\beta )}
. Visuma visų kreivio centrų duotos linijos sudaro tam tikrą naują liniją, vadinama evoliute atžvilgiu pirmos.
Tokiu budu, geometrinė vieta koordinačių centrų duotos linijos vadinasi jos evoliute . Atžvilgiu savo evoliutės duota linija vadinasi evolvente arba involiute .
Jeigu duota kreivė
y
=
f
(
x
)
,
{\displaystyle y=f(x),\;}
tai lygtis (7) galima nagrinėti kaip parametrines lygtis evoliutės su parametru x . Eliminavę iš šitų lygčių parametrą x (jeigu tai įmanoma), gausime betarpišką priklausomybę tarp dabartinių koordinačių evoliutės
α
{\displaystyle \alpha }
ir
β
{\displaystyle \beta }
. Jeigu gi kreivė užrašyta parametrinėmis lygtimis
x
=
ϕ
(
t
)
,
{\displaystyle x=\phi (t),}
y
=
ψ
(
t
)
,
{\displaystyle y=\psi (t),}
tai lygtys (7') duoda parametrines lygtis evoliutės (kadangi dydžiai
x
{\displaystyle x}
,
y
{\displaystyle y}
,
x
′
{\displaystyle x'}
,
y
′
{\displaystyle y'}
,
x
″
{\displaystyle x''}
,
y
″
{\displaystyle y''}
yra funkcijos nuo t ).
Polinėse koordinatėse kreivio centro koordinatės
(
x
c
,
y
c
)
,
{\displaystyle (x_{c},\;y_{c}),}
arba kitaip evoliutės koordinatės, priklausančios nuo polinio kampo
φ
,
{\displaystyle \varphi ,}
kai
ρ
=
f
(
φ
)
,
{\displaystyle \rho =f(\varphi ),}
yra tokios:
x
c
=
ρ
cos
φ
−
(
ρ
2
+
ρ
′
2
)
(
ρ
cos
φ
+
ρ
′
sin
φ
)
ρ
2
+
2
ρ
′
2
−
ρ
ρ
″
,
{\displaystyle x_{c}=\rho \cos \varphi -{\frac {(\rho ^{2}+\rho '^{2})(\rho \cos \varphi +\rho '\sin \varphi )}{\rho ^{2}+2\rho '^{2}-\rho \rho ''}},}
y
c
=
ρ
sin
φ
−
(
ρ
2
+
ρ
′
2
)
(
ρ
sin
φ
−
ρ
′
cos
φ
)
ρ
2
+
2
ρ
′
2
−
ρ
ρ
″
.
{\displaystyle y_{c}=\rho \sin \varphi -{\frac {(\rho ^{2}+\rho '^{2})(\rho \sin \varphi -\rho '\cos \varphi )}{\rho ^{2}+2\rho '^{2}-\rho \rho ''}}.}
Šios kreivio centro koordinatės
(
x
c
,
y
c
)
{\displaystyle (x_{c},\;y_{c})}
atitinka kreivės tašką
M
(
x
;
y
)
,
{\displaystyle M(x;y),}
kuris savo ruožtu atitinka
ρ
{\displaystyle \rho }
ir
ϕ
{\displaystyle \phi }
polines koordinates.
Šitos formulės gali būti užrašytos taip:
x
c
=
x
−
R
d
y
d
s
,
{\displaystyle x_{c}=x-R{\frac {dy}{ds}},}
y
c
=
y
+
R
d
x
d
s
;
{\displaystyle y_{c}=y+R{\frac {dx}{ds}};}
čia R apskaičiuojamas pagal (1) formulę (R=1/K). Pavyzdžiui, polinėse koordinatėse
d
x
d
φ
=
ρ
′
cos
φ
−
ρ
sin
φ
,
d
y
d
φ
=
ρ
′
sin
φ
+
ρ
cos
φ
;
{\displaystyle {\frac {dx}{d\varphi }}=\rho '\cos \varphi -\rho \sin \varphi ,\;\;{\frac {dy}{d\varphi }}=\rho '\sin \varphi +\rho \cos \varphi ;}
d
s
=
ρ
′
2
+
ρ
2
d
φ
;
{\displaystyle ds={\sqrt {\rho '^{2}+\rho ^{2}}}d\varphi ;}
K
=
ρ
2
+
2
ρ
′
2
−
ρ
ρ
″
(
ρ
2
+
ρ
′
2
)
3
/
2
.
{\displaystyle K={\frac {\rho ^{2}+2\rho '^{2}-\rho \rho ''}{(\rho ^{2}+\rho '^{2})^{3/2}}}.}
Vaizdas:Kreivispav147.jpg 147 pav.
Nustatyti krevio centro koordinates parabolės
y
2
=
2
p
x
{\displaystyle y^{2}=2px}
a) laisvai pasirenktame taške M (x; y); b) taške
M
0
(
0
;
0
)
{\displaystyle M_{0}(0;0)}
; c) taške
M
1
(
p
2
;
p
)
.
{\displaystyle M_{1}\left({\frac {p}{2}};\;p\right).}
Sprendimas . Įstatant reikšmes
d
y
d
x
{\displaystyle {\frac {dy}{dx}}}
ir
d
2
y
d
x
2
{\displaystyle {\frac {d^{2}y}{dx^{2}}}}
į formules (7), gausime (147 pav.):
d
y
d
x
=
(
2
p
x
)
′
=
1
2
⋅
(
2
p
x
)
′
2
p
x
=
p
2
p
x
;
{\displaystyle {\frac {dy}{dx}}=({\sqrt {2px}})'={\frac {1}{2}}\cdot {\frac {(2px)'}{\sqrt {2px}}}={\frac {p}{\sqrt {2px}}};}
d
2
y
d
x
2
=
(
p
2
p
x
)
′
=
−
1
2
⋅
p
(
2
p
x
)
′
(
2
p
x
)
3
2
=
−
p
2
(
2
p
x
)
3
2
;
{\displaystyle {\frac {d^{2}y}{dx^{2}}}=\left({\frac {p}{\sqrt {2px}}}\right)'=-{\frac {1}{2}}\cdot {\frac {p(2px)'}{(2px)^{3 \over 2}}}=-{\frac {p^{2}}{(2px)^{3 \over 2}}};}
a)
α
=
x
−
y
′
(
1
+
y
′
2
)
y
″
=
x
−
p
2
p
x
(
1
+
p
2
2
p
x
)
−
p
2
(
2
p
x
)
3
2
=
x
−
p
2
p
x
+
p
3
(
2
p
x
)
3
/
2
−
p
2
(
2
p
x
)
3
2
=
x
+
(
2
p
x
)
3
2
p
2
p
2
p
x
+
p
=
{\displaystyle \alpha =x-{\frac {y'(1+y'^{2})}{y''}}=x-{\frac {{\frac {p}{\sqrt {2px}}}(1+{\frac {p^{2}}{2px}})}{-{\frac {p^{2}}{(2px)^{3 \over 2}}}}}=x-{\frac {{\frac {p}{\sqrt {2px}}}+{\frac {p^{3}}{(2px)^{3/2}}}}{-{\frac {p^{2}}{(2px)^{3 \over 2}}}}}=x+{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}{\frac {p}{\sqrt {2px}}}+p=}
=
x
+
2
p
x
p
+
p
=
3
x
+
p
,
{\displaystyle =x+{\frac {2px}{p}}+p=3x+p,}
β
=
y
+
1
+
y
′
2
y
″
=
2
p
x
+
1
+
p
2
2
p
x
−
p
2
(
2
p
x
)
3
2
=
2
p
x
+
(
−
(
2
p
x
)
3
2
p
2
)
+
p
2
2
p
x
(
−
(
2
p
x
)
3
2
p
2
)
=
{\displaystyle \beta =y+{\frac {1+y'^{2}}{y''}}={\sqrt {2px}}+{\frac {1+{\frac {p^{2}}{2px}}}{-{\frac {p^{2}}{(2px)^{3 \over 2}}}}}={\sqrt {2px}}+\left(-{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}\right)+{\frac {p^{2}}{2px}}\left(-{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}\right)=}
=
2
p
x
−
(
2
p
x
)
3
2
p
2
−
2
p
x
=
−
(
2
p
x
)
3
2
p
2
=
−
(
2
x
)
3
2
p
;
{\displaystyle ={\sqrt {2px}}-{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}-{\sqrt {2px}}=-{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}=-{\frac {(2x)^{3 \over 2}}{\sqrt {p}}};}
b) kai
x
=
0
{\displaystyle x=0}
randame:
α
=
3
⋅
0
+
p
=
p
,
β
=
−
(
2
⋅
0
)
3
2
p
=
0
;
{\displaystyle \alpha =3\cdot 0+p=p,\;\;\beta =-{\frac {(2\cdot 0)^{3 \over 2}}{\sqrt {p}}}=0;}
c) kai
x
=
p
2
{\displaystyle x={\frac {p}{2}}}
turime:
α
=
3
⋅
p
2
+
p
=
5
p
2
,
β
=
−
(
2
⋅
p
2
)
3
2
p
=
−
p
.
{\displaystyle \alpha =3\cdot {\frac {p}{2}}+p={\frac {5p}{2}},\;\;\beta =-{\frac {(2\cdot {\frac {p}{2}})^{3 \over 2}}{\sqrt {p}}}=-p.}
Vaizdas:Kreivispav148.jpg 148 pav.
Rasti lygtį evoliutės parabolės
y
2
=
2
p
x
.
{\displaystyle y^{2}=2px.}
Sprendimas . Pagrindu pirmo pavyzdžio turime bet kokiam taškui (x; y) parabolės:
d
y
d
x
=
(
2
p
x
)
′
=
p
2
p
x
;
{\displaystyle {\frac {dy}{dx}}=({\sqrt {2px}})'={\frac {p}{\sqrt {2px}}};}
d
2
y
d
x
2
=
(
p
2
p
x
)
′
=
−
p
2
(
2
p
x
)
3
2
;
{\displaystyle {\frac {d^{2}y}{dx^{2}}}=\left({\frac {p}{\sqrt {2px}}}\right)'=-{\frac {p^{2}}{(2px)^{3 \over 2}}};}
α
=
x
−
y
′
(
1
+
y
′
2
)
y
″
=
x
−
p
2
p
x
(
1
+
p
2
2
p
x
)
−
p
2
(
2
p
x
)
3
2
=
x
−
p
2
p
x
+
p
3
(
2
p
x
)
3
/
2
−
p
2
(
2
p
x
)
3
2
=
x
+
(
2
p
x
)
3
2
p
2
p
2
p
x
+
p
=
{\displaystyle \alpha =x-{\frac {y'(1+y'^{2})}{y''}}=x-{\frac {{\frac {p}{\sqrt {2px}}}(1+{\frac {p^{2}}{2px}})}{-{\frac {p^{2}}{(2px)^{3 \over 2}}}}}=x-{\frac {{\frac {p}{\sqrt {2px}}}+{\frac {p^{3}}{(2px)^{3/2}}}}{-{\frac {p^{2}}{(2px)^{3 \over 2}}}}}=x+{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}{\frac {p}{\sqrt {2px}}}+p=}
=
x
+
2
p
x
p
+
p
=
3
x
+
p
,
{\displaystyle =x+{\frac {2px}{p}}+p=3x+p,}
β
=
y
+
1
+
y
′
2
y
″
=
2
p
x
+
1
+
p
2
2
p
x
−
p
2
(
2
p
x
)
3
2
=
2
p
x
+
(
−
(
2
p
x
)
3
2
p
2
)
+
p
2
2
p
x
(
−
(
2
p
x
)
3
2
p
2
)
=
{\displaystyle \beta =y+{\frac {1+y'^{2}}{y''}}={\sqrt {2px}}+{\frac {1+{\frac {p^{2}}{2px}}}{-{\frac {p^{2}}{(2px)^{3 \over 2}}}}}={\sqrt {2px}}+\left(-{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}\right)+{\frac {p^{2}}{2px}}\left(-{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}\right)=}
=
2
p
x
−
(
2
p
x
)
3
2
p
2
−
2
p
x
=
−
(
2
p
x
)
3
2
p
2
=
−
(
2
x
)
3
2
p
.
{\displaystyle ={\sqrt {2px}}-{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}-{\sqrt {2px}}=-{\frac {(2px)^{3 \over 2}}{p^{2}}}=-{\frac {(2x)^{3 \over 2}}{\sqrt {p}}}.}
Eliminuojant iš šitų lygčių parametrą x , gausime:
α
=
3
x
+
p
,
{\displaystyle \alpha =3x+p,}
α
−
p
=
3
x
,
{\displaystyle \alpha -p=3x,}
x
=
α
−
p
3
;
{\displaystyle x={\frac {\alpha -p}{3}};}
β
=
−
(
2
x
)
3
2
p
,
{\displaystyle \beta =-{\frac {(2x)^{3 \over 2}}{\sqrt {p}}},}
β
=
−
(
2
⋅
α
−
p
3
)
3
2
p
,
{\displaystyle \beta =-{\frac {(2\cdot {\frac {\alpha -p}{3}})^{3 \over 2}}{\sqrt {p}}},}
β
=
−
8
27
(
α
−
p
)
3
2
p
,
{\displaystyle \beta =-{\sqrt {\frac {8}{27}}}{\frac {(\alpha -p)^{3 \over 2}}{\sqrt {p}}},}
β
2
=
8
27
p
(
α
−
p
)
3
.
{\displaystyle \beta ^{2}={\frac {8}{27p}}(\alpha -p)^{3}.}
Tai - lygtis pusiaukubinės parabolės (148 pav.).
Rasti lygtį evoliutės elipsės, užrašytos parametrinėmis lygtimis:
x
=
a
cos
t
,
y
=
b
sin
t
.
{\displaystyle x=a\cos t,\quad y=b\sin t.}
Sprendimas . Apskaičiuojame išvestines nuo x ir y per t :
x
′
=
−
a
sin
t
,
y
′
=
b
cos
t
;
{\displaystyle x'=-a\sin t,\quad y'=b\cos t;}
x
″
=
−
a
cos
t
,
y
″
=
−
b
sin
t
.
{\displaystyle x''=-a\cos t,\quad y''=-b\sin t.}
Įstatant išraiškas išvestinių į formules (7'), gausime:
α
=
x
−
y
′
(
x
′
2
+
y
′
2
)
y
″
x
′
−
y
′
x
″
=
a
cos
t
−
b
cos
(
t
)
(
(
−
a
sin
t
)
2
+
(
b
cos
t
)
2
)
−
b
sin
(
t
)
(
−
a
sin
t
)
−
b
cos
(
t
)
(
−
a
cos
t
)
=
a
cos
t
−
b
cos
(
t
)
(
a
2
sin
2
t
+
b
2
cos
2
t
)
a
b
sin
2
t
+
a
b
cos
2
t
=
{\displaystyle \alpha =x-{\frac {y'(x'^{2}+y'^{2})}{y''x'-y'x''}}=a\cos t-{\frac {b\cos(t)((-a\sin t)^{2}+(b\cos t)^{2})}{-b\sin(t)(-a\sin t)-b\cos(t)(-a\cos t)}}=a\cos t-{\frac {b\cos(t)(a^{2}\sin ^{2}t+b^{2}\cos ^{2}t)}{ab\sin ^{2}t+ab\cos ^{2}t}}=}
=
a
cos
t
−
b
cos
(
t
)
(
a
2
sin
2
t
+
b
2
cos
2
t
)
a
b
=
a
cos
t
−
cos
(
t
)
(
a
2
sin
2
t
+
b
2
cos
2
t
)
a
=
a
cos
t
−
cos
(
t
)
(
a
sin
2
t
+
b
2
a
cos
2
t
)
=
{\displaystyle =a\cos t-{\frac {b\cos(t)(a^{2}\sin ^{2}t+b^{2}\cos ^{2}t)}{ab}}=a\cos t-{\frac {\cos(t)(a^{2}\sin ^{2}t+b^{2}\cos ^{2}t)}{a}}=a\cos t-\cos(t)(a\sin ^{2}t+{\frac {b^{2}}{a}}\cos ^{2}t)=}
=
a
cos
t
−
cos
(
t
)
a
sin
2
t
−
b
2
a
cos
3
t
=
a
cos
t
−
cos
(
t
)
a
sin
2
t
−
b
2
a
cos
3
t
=
a
cos
(
t
)
(
1
−
sin
2
t
)
−
b
2
a
cos
3
t
=
{\displaystyle =a\cos t-\cos(t)a\sin ^{2}t-{\frac {b^{2}}{a}}\cos ^{3}t=a\cos t-\cos(t)a\sin ^{2}t-{\frac {b^{2}}{a}}\cos ^{3}t=a\cos(t)(1-\sin ^{2}t)-{\frac {b^{2}}{a}}\cos ^{3}t=}
=
a
cos
3
t
−
b
2
a
cos
3
t
=
(
a
−
b
2
a
)
cos
3
t
.
{\displaystyle =a\cos ^{3}t-{\frac {b^{2}}{a}}\cos ^{3}t=\left(a-{\frac {b^{2}}{a}}\right)\cos ^{3}t.}
β
=
y
+
x
′
(
x
′
2
+
y
′
2
)
y
″
x
′
−
y
′
x
″
=
b
sin
t
+
−
a
sin
(
t
)
(
(
−
a
sin
t
)
2
+
(
b
cos
t
)
2
)
−
b
sin
(
t
)
(
−
a
sin
t
)
−
b
cos
(
t
)
(
−
a
cos
t
)
=
b
sin
t
−
a
sin
(
t
)
(
a
2
sin
2
t
+
b
2
cos
2
t
)
a
b
sin
2
t
+
a
b
cos
2
t
=
{\displaystyle \beta =y+{\frac {x'(x'^{2}+y'^{2})}{y''x'-y'x''}}=b\sin t+{\frac {-a\sin(t)((-a\sin t)^{2}+(b\cos t)^{2})}{-b\sin(t)(-a\sin t)-b\cos(t)(-a\cos t)}}=b\sin t-{\frac {a\sin(t)(a^{2}\sin ^{2}t+b^{2}\cos ^{2}t)}{ab\sin ^{2}t+ab\cos ^{2}t}}=}
=
b
sin
t
−
a
sin
(
t
)
(
a
2
sin
2
t
+
b
2
cos
2
t
)
a
b
=
b
sin
t
−
sin
(
t
)
(
a
2
sin
2
t
+
b
2
cos
2
t
)
b
=
{\displaystyle =b\sin t-{\frac {a\sin(t)(a^{2}\sin ^{2}t+b^{2}\cos ^{2}t)}{ab}}=b\sin t-{\frac {\sin(t)(a^{2}\sin ^{2}t+b^{2}\cos ^{2}t)}{b}}=}
=
b
sin
t
−
a
2
b
sin
3
t
−
b
cos
2
t
sin
t
=
(
1
−
cos
2
t
)
b
sin
t
−
a
2
b
sin
3
t
=
b
sin
3
t
−
a
2
b
sin
3
t
=
(
b
−
a
2
b
)
sin
3
t
.
{\displaystyle =b\sin t-{\frac {a^{2}}{b}}\sin ^{3}t-b\cos ^{2}t\sin t=(1-\cos ^{2}t)b\sin t-{\frac {a^{2}}{b}}\sin ^{3}t=b\sin ^{3}t-{\frac {a^{2}}{b}}\sin ^{3}t=\left(b-{\frac {a^{2}}{b}}\right)\sin ^{3}t.}
Vaizdas:Kreivispav149.jpg 149 pav.
Eliminavę parametrą t , gauname lygtį evoliutės elipsės pavidalu
α
=
(
a
−
b
2
a
)
cos
3
t
,
{\displaystyle \alpha =\left(a-{\frac {b^{2}}{a}}\right)\cos ^{3}t,}
α
a
−
b
2
a
=
cos
3
t
,
{\displaystyle {\frac {\alpha }{a-{\frac {b^{2}}{a}}}}=\cos ^{3}t,}
(
α
a
−
b
2
a
)
1
3
=
cos
t
,
{\displaystyle \left({\frac {\alpha }{a-{\frac {b^{2}}{a}}}}\right)^{1 \over 3}=\cos t,}
(
α
a
−
b
2
a
)
2
3
=
cos
2
t
,
{\displaystyle \left({\frac {\alpha }{a-{\frac {b^{2}}{a}}}}\right)^{2 \over 3}=\cos ^{2}t,}
α
2
3
(
a
2
−
b
2
a
)
2
3
=
cos
2
t
;
{\displaystyle {\frac {\alpha ^{2 \over 3}}{({\frac {a^{2}-b^{2}}{a}})^{2 \over 3}}}=\cos ^{2}t;}
β
=
(
b
−
a
2
b
)
sin
3
t
,
{\displaystyle \beta =\left(b-{\frac {a^{2}}{b}}\right)\sin ^{3}t,}
β
b
−
a
2
b
=
sin
3
t
,
{\displaystyle {\frac {\beta }{b-{\frac {a^{2}}{b}}}}=\sin ^{3}t,}
(
β
b
−
a
2
b
)
1
3
=
sin
t
,
{\displaystyle \left({\frac {\beta }{b-{\frac {a^{2}}{b}}}}\right)^{1 \over 3}=\sin t,}
(
β
b
−
a
2
b
)
2
3
=
sin
2
t
,
{\displaystyle \left({\frac {\beta }{b-{\frac {a^{2}}{b}}}}\right)^{2 \over 3}=\sin ^{2}t,}
β
2
3
(
b
2
−
a
2
b
)
2
3
=
sin
2
t
;
{\displaystyle {\frac {\beta ^{2 \over 3}}{({\frac {b^{2}-a^{2}}{b}})^{2 \over 3}}}=\sin ^{2}t;}
cos
2
t
+
sin
2
t
=
α
2
3
(
a
2
−
b
2
a
)
2
3
+
β
2
3
(
b
2
−
a
2
b
)
2
3
,
{\displaystyle \cos ^{2}t+\sin ^{2}t={\frac {\alpha ^{2 \over 3}}{({\frac {a^{2}-b^{2}}{a}})^{2 \over 3}}}+{\frac {\beta ^{2 \over 3}}{({\frac {b^{2}-a^{2}}{b}})^{2 \over 3}}},}
1
=
α
2
3
(
a
2
−
b
2
a
)
2
3
+
β
2
3
(
b
2
−
a
2
b
)
2
3
,
{\displaystyle 1={\frac {\alpha ^{2 \over 3}}{({\frac {a^{2}-b^{2}}{a}})^{2 \over 3}}}+{\frac {\beta ^{2 \over 3}}{({\frac {b^{2}-a^{2}}{b}})^{2 \over 3}}},}
1
=
a
2
3
α
2
3
(
a
2
−
b
2
)
2
3
+
(
−
b
)
2
3
β
2
3
(
a
2
−
b
2
)
2
3
,
{\displaystyle 1={\frac {a^{2 \over 3}\alpha ^{2 \over 3}}{(a^{2}-b^{2})^{2 \over 3}}}+{\frac {(-b)^{2 \over 3}\beta ^{2 \over 3}}{(a^{2}-b^{2})^{2 \over 3}}},}
(
a
2
−
b
2
)
2
3
=
a
2
3
α
2
3
+
(
−
b
)
2
3
β
2
3
,
{\displaystyle (a^{2}-b^{2})^{2 \over 3}=a^{2 \over 3}\alpha ^{2 \over 3}+(-b)^{2 \over 3}\beta ^{2 \over 3},}
(
a
2
−
b
2
)
2
3
=
a
2
3
α
2
3
+
b
2
3
β
2
3
,
{\displaystyle (a^{2}-b^{2})^{2 \over 3}=a^{2 \over 3}\alpha ^{2 \over 3}+b^{2 \over 3}\beta ^{2 \over 3},}
(
α
b
)
2
3
+
(
β
a
)
2
3
=
(
a
2
−
b
2
a
b
)
2
3
;
{\displaystyle \left({\frac {\alpha }{b}}\right)^{2 \over 3}+\left({\frac {\beta }{a}}\right)^{2 \over 3}=\left({\frac {a^{2}-b^{2}}{ab}}\right)^{2 \over 3};}
arba
(
β
a
)
2
3
=
(
a
2
−
b
2
a
b
)
2
3
−
(
α
b
)
2
3
,
{\displaystyle \left({\frac {\beta }{a}}\right)^{2 \over 3}=\left({\frac {a^{2}-b^{2}}{ab}}\right)^{2 \over 3}-\left({\frac {\alpha }{b}}\right)^{2 \over 3},}
β
a
=
[
(
a
2
−
b
2
a
b
)
2
3
−
(
α
b
)
2
3
]
3
2
,
{\displaystyle {\frac {\beta }{a}}=\left[\left({\frac {a^{2}-b^{2}}{ab}}\right)^{2 \over 3}-\left({\frac {\alpha }{b}}\right)^{2 \over 3}\right]^{3 \over 2},}
β
=
a
[
(
a
2
−
b
2
a
b
)
2
3
−
(
α
b
)
2
3
]
3
2
.
{\displaystyle \beta =a\left[\left({\frac {a^{2}-b^{2}}{ab}}\right)^{2 \over 3}-\left({\frac {\alpha }{b}}\right)^{2 \over 3}\right]^{3 \over 2}.}
Čia
α
{\displaystyle \alpha }
ir
β
{\displaystyle \beta }
- dabartinės koordinatės evoliutės (149 pav.). (
α
{\displaystyle \alpha }
yra x kordinatė,
β
{\displaystyle \beta }
yra y koordinatė;
β
{\displaystyle \beta }
yra funkcija nuo
α
{\displaystyle \alpha }
).
Vaizdas:Kreivispav150.jpg 150 pav.
Rasti parametrines lygtis evoliutės cikloidės
x
=
a
(
t
−
sin
t
)
,
{\displaystyle x=a(t-\sin t),}
y
=
a
(
1
−
cos
t
)
.
{\displaystyle y=a(1-\cos t).}
Sprendimas .
x
′
=
a
(
1
−
cos
t
)
;
y
′
=
a
sin
t
;
{\displaystyle x'=a(1-\cos t);\quad y'=a\sin t;}
x
″
=
a
sin
t
;
y
″
=
a
cos
t
.
{\displaystyle x''=a\sin t;\quad y''=a\cos t.}
Įstačius gautas išraiškas į formulę (7'), randame:
α
=
x
−
y
′
(
x
′
2
+
y
′
2
)
y
″
x
′
−
y
′
x
″
=
a
(
t
−
sin
t
)
−
a
sin
(
t
)
(
a
2
(
1
−
cos
t
)
2
+
(
a
sin
t
)
2
)
a
cos
(
t
)
a
(
1
−
cos
t
)
−
a
sin
(
t
)
a
sin
(
t
)
=
{\displaystyle \alpha =x-{\frac {y'(x'^{2}+y'^{2})}{y''x'-y'x''}}=a(t-\sin t)-{\frac {a\sin(t)(a^{2}(1-\cos t)^{2}+(a\sin t)^{2})}{a\cos(t)a(1-\cos t)-a\sin(t)a\sin(t)}}=}
=
a
(
t
−
sin
t
)
−
a
sin
(
t
)
(
a
2
(
1
−
2
cos
t
+
cos
2
t
)
+
a
2
sin
2
t
)
a
2
cos
t
−
a
2
cos
2
t
−
a
2
sin
2
t
=
a
(
t
−
sin
t
)
−
a
sin
(
t
)
(
a
2
−
2
a
2
cos
t
+
a
2
)
a
2
cos
t
−
a
2
=
{\displaystyle =a(t-\sin t)-{\frac {a\sin(t)(a^{2}(1-2\cos t+\cos ^{2}t)+a^{2}\sin ^{2}t)}{a^{2}\cos t-a^{2}\cos ^{2}t-a^{2}\sin ^{2}t}}=a(t-\sin t)-{\frac {a\sin(t)(a^{2}-2a^{2}\cos t+a^{2})}{a^{2}\cos t-a^{2}}}=}
=
a
(
t
−
sin
t
)
+
a
sin
(
t
)
(
2
a
2
−
2
a
2
cos
t
)
a
2
(
1
−
cos
t
)
=
a
(
t
−
sin
t
)
+
2
a
2
sin
(
t
)
(
1
−
cos
t
)
a
(
1
−
cos
t
)
=
a
(
t
−
sin
t
)
+
2
a
sin
t
=
{\displaystyle =a(t-\sin t)+{\frac {a\sin(t)(2a^{2}-2a^{2}\cos t)}{a^{2}(1-\cos t)}}=a(t-\sin t)+{\frac {2a^{2}\sin(t)(1-\cos t)}{a(1-\cos t)}}=a(t-\sin t)+2a\sin t=}
=
a
t
−
a
sin
t
+
2
a
sin
t
=
a
(
t
+
sin
t
)
.
{\displaystyle =at-a\sin t+2a\sin t=a(t+\sin t).}
β
=
y
+
x
′
(
x
′
2
+
y
′
2
)
y
″
x
′
−
y
′
x
″
=
a
(
1
−
cos
t
)
+
a
(
1
−
cos
t
)
(
a
2
(
1
−
cos
t
)
2
+
(
a
sin
t
)
2
)
a
cos
(
t
)
a
(
1
−
cos
t
)
−
a
sin
(
t
)
a
sin
(
t
)
=
{\displaystyle \beta =y+{\frac {x'(x'^{2}+y'^{2})}{y''x'-y'x''}}=a(1-\cos t)+{\frac {a(1-\cos t)(a^{2}(1-\cos t)^{2}+(a\sin t)^{2})}{a\cos(t)a(1-\cos t)-a\sin(t)a\sin(t)}}=}
=
a
(
1
−
cos
t
)
+
a
(
1
−
cos
t
)
(
a
2
(
1
−
2
cos
t
+
cos
2
t
)
+
a
2
sin
2
t
)
a
2
cos
t
−
a
2
cos
2
t
−
a
2
sin
2
t
=
a
(
1
−
cos
t
)
+
a
(
1
−
cos
t
)
(
a
2
−
2
a
2
cos
t
+
a
2
)
a
2
cos
t
−
a
2
=
{\displaystyle =a(1-\cos t)+{\frac {a(1-\cos t)(a^{2}(1-2\cos t+\cos ^{2}t)+a^{2}\sin ^{2}t)}{a^{2}\cos t-a^{2}\cos ^{2}t-a^{2}\sin ^{2}t}}=a(1-\cos t)+{\frac {a(1-\cos t)(a^{2}-2a^{2}\cos t+a^{2})}{a^{2}\cos t-a^{2}}}=}
=
a
(
1
−
cos
t
)
−
a
(
1
−
cos
t
)
(
2
a
2
−
2
a
2
cos
t
)
a
2
(
1
−
cos
t
)
=
a
(
1
−
cos
t
)
−
2
a
2
(
1
−
cos
t
)
(
1
−
cos
t
)
a
(
1
−
cos
t
)
=
{\displaystyle =a(1-\cos t)-{\frac {a(1-\cos t)(2a^{2}-2a^{2}\cos t)}{a^{2}(1-\cos t)}}=a(1-\cos t)-{\frac {2a^{2}(1-\cos t)(1-\cos t)}{a(1-\cos t)}}=}
=
a
(
1
−
cos
t
)
−
2
a
(
1
−
cos
t
)
=
−
a
(
1
−
cos
t
)
.
{\displaystyle =a(1-\cos t)-2a(1-\cos t)=-a(1-\cos t).}
Padarysime perdarymus kintamųjų, nustatę
α
=
ξ
−
π
a
,
{\displaystyle \alpha =\xi -\pi a,}
β
=
η
−
2
a
,
{\displaystyle \beta =\eta -2a,}
t
=
τ
−
π
;
{\displaystyle t=\tau -\pi ;}
tada lygtys evoliutės atrodys taip
ξ
=
a
(
t
+
sin
t
)
+
π
a
=
a
(
τ
−
π
+
sin
(
τ
−
π
)
)
+
π
a
=
a
(
τ
−
π
−
sin
τ
)
+
π
a
=
a
(
τ
−
sin
τ
)
,
{\displaystyle \xi =a(t+\sin t)+\pi a=a(\tau -\pi +\sin(\tau -\pi ))+\pi a=a(\tau -\pi -\sin \tau )+\pi a=a(\tau -\sin \tau ),}
η
=
−
a
(
1
−
cos
t
)
+
2
a
=
−
a
(
1
−
cos
(
τ
−
π
)
)
+
2
a
=
−
a
(
1
+
cos
τ
)
+
2
a
=
a
(
1
−
cos
τ
)
;
{\displaystyle \eta =-a(1-\cos t)+2a=-a(1-\cos(\tau -\pi ))+2a=-a(1+\cos \tau )+2a=a(1-\cos \tau );}
jos nustato koordinatėse
ξ
{\displaystyle \xi }
,
η
{\displaystyle \eta }
cikloidę su tuo pačiu išvestu apskritimu spindulio a . Tokiu budu, evoliute cikloidės yra tokia pati cikloidė, bet perstumta per ašį Ox dydžiu -
π
a
{\displaystyle \pi a}
ir per ašį Oy dydžiu -
2
a
{\displaystyle 2a}
(150 pav.).
Teorema 1. Duotosios kreivės normalė yra jos evoliutės liestinė.
Įrodymas. Kampinis koeficientas liestinės evoliutės, nustatytos parametrinėmis lygtimis (7') praeito skyriaus, lygus
d
β
d
α
=
d
β
d
x
d
α
d
x
.
{\displaystyle {\frac {d\beta }{d\alpha }}={\frac {\frac {d\beta }{dx}}{\frac {d\alpha }{dx}}}.}
Pastebėsime, kad [pagrindu tų pačių lygčių (7')]
d
α
d
x
=
(
x
−
y
′
(
x
′
2
+
y
′
2
)
y
″
x
′
−
y
′
x
″
)
′
=
1
−
(
y
′
x
′
2
+
y
′
y
′
2
y
″
x
′
−
y
′
x
″
)
′
=
1
−
(
y
′
⋅
1
2
+
y
′
y
′
2
y
″
−
y
′
⋅
0
)
′
=
1
−
(
y
′
+
y
′
3
y
″
)
′
=
{\displaystyle {\frac {d\alpha }{dx}}=\left(x-{\frac {y'(x'^{2}+y'^{2})}{y''x'-y'x''}}\right)'=1-\left({\frac {y'x'^{2}+y'y'^{2}}{y''x'-y'x''}}\right)'=1-\left({\frac {y'\cdot 1^{2}+y'y'^{2}}{y''-y'\cdot 0}}\right)'=1-\left({\frac {y'+y'^{3}}{y''}}\right)'=}
=
1
−
(
y
′
+
y
′
3
)
′
y
″
−
(
y
′
+
y
′
3
)
y
‴
y
″
2
=
1
−
(
y
″
+
(
y
′
3
)
′
)
y
″
−
y
′
y
‴
−
y
′
3
y
‴
y
″
2
=
{\displaystyle =1-{\frac {(y'+y'^{3})'y''-(y'+y'^{3})y'''}{y''^{2}}}=1-{\frac {(y''+(y'^{3})')y''-y'y'''-y'^{3}y'''}{y''^{2}}}=}
=
1
−
(
y
″
+
3
y
′
2
y
″
)
y
″
−
y
′
y
‴
−
y
′
3
y
‴
y
″
2
=
1
−
y
″
2
+
3
y
″
2
y
′
2
−
y
′
y
‴
−
y
′
3
y
‴
y
″
2
=
{\displaystyle =1-{\frac {(y''+3y'^{2}y'')y''-y'y'''-y'^{3}y'''}{y''^{2}}}=1-{\frac {y''^{2}+3y''^{2}y'^{2}-y'y'''-y'^{3}y'''}{y''^{2}}}=}
=
y
″
2
−
(
y
″
2
+
3
y
″
2
y
′
2
−
y
′
y
‴
−
y
′
3
y
‴
)
y
″
2
=
−
3
y
″
2
y
′
2
+
y
′
y
‴
+
y
′
3
y
‴
y
″
2
=
{\displaystyle ={\frac {y''^{2}-(y''^{2}+3y''^{2}y'^{2}-y'y'''-y'^{3}y''')}{y''^{2}}}={\frac {-3y''^{2}y'^{2}+y'y'''+y'^{3}y'''}{y''^{2}}}=}
=
−
3
y
″
2
y
′
2
−
y
′
y
‴
−
y
′
3
y
‴
y
″
2
=
−
y
′
3
y
″
2
y
′
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
,
(
1
)
{\displaystyle =-{\frac {3y''^{2}y'^{2}-y'y'''-y'^{3}y'''}{y''^{2}}}=-y'{\frac {3y''^{2}y'-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}},\quad (1)}
d
β
d
x
=
(
y
+
x
′
(
x
′
2
+
y
′
2
)
y
″
x
′
−
y
′
x
″
)
′
=
y
′
+
(
x
′
3
+
x
′
y
′
2
y
″
x
′
−
y
′
x
″
)
′
=
y
′
+
(
1
3
+
1
⋅
y
′
2
y
″
⋅
1
−
y
′
⋅
0
)
′
=
y
′
+
(
1
+
y
′
2
y
″
)
′
=
{\displaystyle {\frac {d\beta }{dx}}=\left(y+{\frac {x'(x'^{2}+y'^{2})}{y''x'-y'x''}}\right)'=y'+\left({\frac {x'^{3}+x'y'^{2}}{y''x'-y'x''}}\right)'=y'+\left({\frac {1^{3}+1\cdot y'^{2}}{y''\cdot 1-y'\cdot 0}}\right)'=y'+\left({\frac {1+y'^{2}}{y''}}\right)'=}
=
y
′
+
(
1
+
y
′
2
)
′
y
″
−
(
1
+
y
′
2
)
y
‴
y
″
2
=
y
′
+
(
0
+
2
y
′
y
″
)
y
″
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
=
{\displaystyle =y'+{\frac {(1+y'^{2})'y''-(1+y'^{2})y'''}{y''^{2}}}=y'+{\frac {(0+2y'y'')y''-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}=}
=
y
′
+
2
y
′
y
″
2
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
=
y
′
y
″
2
+
2
y
′
y
″
2
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
=
{\displaystyle =y'+{\frac {2y'y''^{2}-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}={\frac {y'y''^{2}+2y'y''^{2}-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}=}
=
3
y
″
2
y
′
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
,
(
2
)
{\displaystyle ={\frac {3y''^{2}y'-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}},\quad (2)}
gauname santykį
d
β
d
α
=
−
1
y
′
.
{\displaystyle {\frac {d\beta }{d\alpha }}=-{\frac {1}{y'}}.}
Bet
y
′
{\displaystyle y'}
yra kampinis koeficientas kreivės liestinės atitinamame taške, todėl iš gauto santykio seka, kad kreivės liestinė ir jos evoliutės liestinė atitinkamame taške tarpusavyje statmenos, t. y. kreivės normalė yra evoliutės liestinė.
Teorema 2. Jeigu kai kurioje srityje
M
1
M
2
{\displaystyle M_{1}M_{2}}
kreivės spindulys kreivio kinta monotoniškai (t. y. arba tik didėja, arba tik mažėja), tai evoliutės lanko ilgio prieaugis šitoje srityje kreivės lygus (absoliučiu dydžiu) atitinkančiam prieaugiui kreivio spindulio duotosios kreivės.
Įrodymas . Pagrindu formulės [
d
s
=
d
x
2
+
d
y
2
{\displaystyle ds={\sqrt {dx^{2}+dy^{2}}}}
] (2') turime:
d
s
=
d
α
2
+
d
β
2
,
{\displaystyle ds=d\alpha ^{2}+d\beta ^{2},}
kur ds - diferencialas evoliutės lanko ilgio; iš čia
(
d
s
d
x
)
2
=
(
d
α
d
x
)
2
+
(
d
β
d
x
)
2
.
{\displaystyle \left({\frac {ds}{dx}}\right)^{2}=\left({\frac {d\alpha }{dx}}\right)^{2}+\left({\frac {d\beta }{dx}}\right)^{2}.}
Įstatant čia išraiškas (1) ir (2), gausime:
(
d
s
d
x
)
2
=
(
d
α
d
x
)
2
+
(
d
β
d
x
)
2
=
(
−
y
′
3
y
″
2
y
′
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
)
2
+
(
3
y
″
2
y
′
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
)
2
=
{\displaystyle \left({\frac {ds}{dx}}\right)^{2}=\left({\frac {d\alpha }{dx}}\right)^{2}+\left({\frac {d\beta }{dx}}\right)^{2}=\left(-y'{\frac {3y''^{2}y'-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}\right)^{2}+\left({\frac {3y''^{2}y'-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}\right)^{2}=}
=
y
′
2
(
3
y
″
2
y
′
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
)
2
+
(
3
y
″
2
y
′
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
)
2
=
{\displaystyle =y'^{2}\left({\frac {3y''^{2}y'-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}\right)^{2}+\left({\frac {3y''^{2}y'-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}\right)^{2}=}
=
(
y
′
2
+
1
)
(
3
y
″
2
y
′
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
)
2
.
(
3
)
{\displaystyle =(y'^{2}+1)\left({\frac {3y''^{2}y'-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}\right)^{2}.\quad (3)}
Rasime, toliau,
(
d
R
d
x
)
2
.
{\displaystyle \left({\frac {dR}{dx}}\right)^{2}.}
Kadangi
R
=
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
″
,
{\displaystyle R={\frac {(1+y'^{2})^{3 \over 2}}{y''}},}
tai
R
2
=
(
1
+
y
′
2
)
3
y
″
2
.
{\displaystyle R^{2}={\frac {(1+y'^{2})^{3}}{y''^{2}}}.}
Diferencijuodami per x abi dalis šitos lygybės, gausime po to atitinkančius virsmus
d
(
R
2
)
d
x
=
2
R
d
R
d
x
=
(
(
1
+
y
′
2
)
3
y
″
2
)
′
=
(
(
1
+
y
′
2
)
3
)
′
y
″
2
−
(
1
+
y
′
2
)
3
(
y
″
2
)
′
(
y
″
2
)
2
=
{\displaystyle {\frac {d(R^{2})}{dx}}=2R{\frac {dR}{dx}}=({\frac {(1+y'^{2})^{3}}{y''^{2}}})'={\frac {((1+y'^{2})^{3})'y''^{2}-(1+y'^{2})^{3}(y''^{2})'}{(y''^{2})^{2}}}=}
=
3
(
1
+
y
′
2
)
2
(
1
−
y
′
2
)
′
y
″
2
−
(
1
+
y
′
2
)
3
(
2
y
″
y
‴
)
y
″
4
=
3
(
1
+
y
′
2
)
2
(
−
2
y
′
y
″
)
y
″
2
−
(
1
3
+
3
⋅
1
2
⋅
y
′
2
+
3
⋅
1
⋅
(
y
′
2
)
2
+
(
y
′
2
)
3
)
(
2
y
″
y
‴
)
y
″
4
=
{\displaystyle ={\frac {3(1+y'^{2})^{2}(1-y'^{2})'y''^{2}-(1+y'^{2})^{3}(2y''y''')}{y''^{4}}}={\frac {3(1+y'^{2})^{2}(-2y'y'')y''^{2}-(1^{3}+3\cdot 1^{2}\cdot y'^{2}+3\cdot 1\cdot (y'^{2})^{2}+(y'^{2})^{3})(2y''y''')}{y''^{4}}}=}
=
3
(
1
+
2
y
′
2
+
y
′
4
)
(
−
2
y
′
y
″
)
y
″
2
−
2
y
″
y
‴
(
1
+
3
y
′
2
+
3
y
′
4
+
y
′
6
)
y
″
4
=
−
2
y
′
y
″
y
″
2
(
3
+
6
y
′
2
+
3
y
′
4
)
−
2
y
″
y
‴
(
1
+
3
y
′
2
+
3
y
′
4
+
y
′
6
)
y
″
4
=
{\displaystyle ={\frac {3(1+2y'^{2}+y'^{4})(-2y'y'')y''^{2}-2y''y'''(1+3y'^{2}+3y'^{4}+y'^{6})}{y''^{4}}}={\frac {-2y'y''y''^{2}(3+6y'^{2}+3y'^{4})-2y''y'''(1+3y'^{2}+3y'^{4}+y'^{6})}{y''^{4}}}=}
=
−
2
y
″
⋅
y
′
y
″
2
(
3
+
6
y
′
2
+
3
y
′
4
)
+
y
‴
(
1
+
3
y
′
2
+
3
y
′
4
+
y
′
6
)
y
″
4
=
−
2
⋅
(
3
y
′
y
″
2
+
6
y
′
3
y
″
2
+
3
y
′
5
y
″
2
)
+
(
y
‴
+
3
y
′
2
y
‴
+
3
y
′
4
y
‴
+
y
′
6
y
‴
)
y
″
3
;
{\displaystyle =-2y''\cdot {\frac {y'y''^{2}(3+6y'^{2}+3y'^{4})+y'''(1+3y'^{2}+3y'^{4}+y'^{6})}{y''^{4}}}=-2\cdot {\frac {(3y'y''^{2}+6y'^{3}y''^{2}+3y'^{5}y''^{2})+(y'''+3y'^{2}y'''+3y'^{4}y'''+y'^{6}y''')}{y''^{3}}};}
arba
d
(
R
2
)
d
x
=
2
R
d
R
d
x
=
2
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
″
(
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
″
)
′
=
{\displaystyle {\frac {d(R^{2})}{dx}}=2R{\frac {dR}{dx}}=2{\frac {(1+y'^{2})^{3 \over 2}}{y''}}\left({\frac {(1+y'^{2})^{3 \over 2}}{y''}}\right)'=}
=
2
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
″
(
(
1
+
y
′
2
)
3
2
)
′
y
″
−
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
‴
y
″
2
=
2
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
″
3
2
(
1
+
y
′
2
)
1
2
(
1
+
y
′
2
)
′
y
″
−
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
‴
y
″
2
=
{\displaystyle =2{\frac {(1+y'^{2})^{3 \over 2}}{y''}}{\frac {((1+y'^{2})^{3 \over 2})'y''-(1+y'^{2})^{3 \over 2}y'''}{y''^{2}}}=2{\frac {(1+y'^{2})^{3 \over 2}}{y''}}{\frac {{3 \over 2}(1+y'^{2})^{1 \over 2}(1+y'^{2})'y''-(1+y'^{2})^{3 \over 2}y'''}{y''^{2}}}=}
=
2
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
″
3
2
(
1
+
y
′
2
)
1
2
(
2
y
′
y
″
)
y
″
−
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
‴
y
″
2
=
2
⋅
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
″
⋅
3
(
1
+
y
′
2
)
1
2
y
′
y
″
2
−
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
‴
y
″
2
=
{\displaystyle =2{\frac {(1+y'^{2})^{3 \over 2}}{y''}}{\frac {{3 \over 2}(1+y'^{2})^{1 \over 2}(2y'y'')y''-(1+y'^{2})^{3 \over 2}y'''}{y''^{2}}}=2\cdot {\frac {(1+y'^{2})^{3 \over 2}}{y''}}\cdot {\frac {3(1+y'^{2})^{1 \over 2}y'y''^{2}-(1+y'^{2})^{3 \over 2}y'''}{y''^{2}}}=}
=
2
⋅
3
(
1
+
y
′
2
)
2
y
′
y
″
2
−
(
1
+
y
′
2
)
3
y
‴
y
″
3
=
2
⋅
(
1
+
y
′
2
)
2
⋅
3
y
′
y
″
2
−
(
1
+
y
′
2
)
y
‴
y
″
3
=
{\displaystyle =2\cdot {\frac {3(1+y'^{2})^{2}y'y''^{2}-(1+y'^{2})^{3}y'''}{y''^{3}}}=2\cdot (1+y'^{2})^{2}\cdot {\frac {3y'y''^{2}-(1+y'^{2})y'''}{y''^{3}}}=}
=
2
⋅
(
1
+
y
′
2
)
2
⋅
3
y
′
y
″
2
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
3
.
{\displaystyle =2\cdot (1+y'^{2})^{2}\cdot {\frac {3y'y''^{2}-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{3}}}.}
Dalindami abi lygybės dalis iš
2
R
=
2
(
1
+
y
′
2
)
3
2
y
″
,
{\displaystyle 2R={\frac {2(1+y'^{2})^{3 \over 2}}{y''}},}
gausime:
d
R
d
x
=
(
1
+
y
′
2
)
1
2
3
y
′
y
″
2
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
.
{\displaystyle {\frac {dR}{dx}}=(1+y'^{2})^{1 \over 2}{\frac {3y'y''^{2}-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}.}
Pakėlę kvadratu, gausime:
(
d
R
d
x
)
2
=
(
1
+
y
′
2
)
(
3
y
′
y
″
2
−
y
‴
−
y
′
2
y
‴
y
″
2
)
2
.
(
4
)
{\displaystyle \left({\frac {dR}{dx}}\right)^{2}=(1+y'^{2})\left({\frac {3y'y''^{2}-y'''-y'^{2}y'''}{y''^{2}}}\right)^{2}.\quad (4)}
Lygyndami lygybes (3) ir (4), randame:
(
d
R
d
x
)
2
=
(
d
s
d
x
)
2
,
{\displaystyle \left({\frac {dR}{dx}}\right)^{2}=\left({\frac {ds}{dx}}\right)^{2},}
iš kur
d
R
d
x
=
∓
d
s
d
x
.
{\displaystyle {\frac {dR}{dx}}=\mp {\frac {ds}{dx}}.}
Vaizdas:Kreivispav151deltas.jpg 151 pav.
Pagal sąlyga
d
R
d
x
{\displaystyle {\frac {dR}{dx}}}
nekeičia ženklo (R tiktai didėja arba tiktai mažėja), todėl, ir
d
s
d
x
{\displaystyle {\frac {ds}{dx}}}
nekeičia ženklo. Priimsime nustatymui
d
R
d
x
≤
0
,
d
s
d
x
≥
0
{\displaystyle {\frac {dR}{dx}}\leq 0,\;\;{\frac {ds}{dx}}\geq 0}
(kas atitinka 151 pav.). Todėl,
d
R
d
x
=
−
d
s
d
x
.
{\displaystyle {\frac {dR}{dx}}=-{\frac {ds}{dx}}.}
Tegu taškas
M
1
{\displaystyle M_{1}}
turi abscisę
x
1
{\displaystyle x_{1}}
, o taškas
M
2
{\displaystyle M_{2}}
- abscisę
x
2
{\displaystyle x_{2}}
. Pritaikysime teoremą Koši funkcijoms s (x ) ir R (x ) atkarpoje
[
x
1
;
x
2
]
{\displaystyle [x_{1};x_{2}]}
:
s
(
x
2
)
−
s
(
x
1
)
R
(
x
2
)
−
R
(
x
1
)
=
(
d
s
d
x
)
x
=
ξ
(
d
R
d
x
)
x
=
ξ
=
−
1
,
{\displaystyle {\frac {s(x_{2})-s(x_{1})}{R(x_{2})-R(x_{1})}}={\frac {\left({\frac {ds}{dx}}\right)_{x=\xi }}{\left({\frac {dR}{dx}}\right)_{x=\xi }}}=-1,}
kur
ξ
{\displaystyle \xi }
- skaičius, esantis tarp
x
1
{\displaystyle x_{1}}
ir
x
2
{\displaystyle x_{2}}
(
x
1
<
ξ
<
x
2
{\displaystyle x_{1}<\xi <x_{2}}
).
Įvesime reikšmes (151 pav.):
s
(
x
2
)
=
s
2
,
s
(
x
1
)
=
s
1
,
R
(
x
2
)
=
R
2
,
R
(
x
1
)
=
R
1
.
{\displaystyle s(x_{2})=s_{2},\quad s(x_{1})=s_{1},\quad R(x_{2})=R_{2},\quad R(x_{1})=R_{1}.}
Tada
s
2
−
s
1
R
2
−
R
1
=
−
1
,
{\displaystyle {\frac {s_{2}-s_{1}}{R_{2}-R_{1}}}=-1,}
arba
s
2
−
s
1
=
−
(
R
2
−
R
1
)
.
{\displaystyle s_{2}-s_{1}=-(R_{2}-R_{1}).}
Bet tai reiškia, kad
|
s
2
−
s
1
|
=
|
R
2
−
R
1
|
.
{\displaystyle |s_{2}-s_{1}|=|R_{2}-R_{1}|.}
Visiškai taip pat įrodoma šita lygybė ir didėjant kreivio spinduliui.
Mes įrodėme teorėmas 1 ir 2 tam atvejui, kada kreivė užrašyta lygtimi pavidalu
y
=
f
(
x
)
.
{\displaystyle y=f(x).\;}
Jeigu kreivė užrašyta parametrinėmis lygtimis, tai šitos teoremos galioja, be to jų įrodymas vyksta visiškai analogiškai.
Vaizdas:Kreivispav152.jpg 152 pav.
Pastaba . Nurodysime sekantį paprastą mechaninį būdą sudarymo kreivės (evolventės) pagal jos evoliutę.
Tegu lanksti liniuotė sulenkta pagal formą evoliutės
C
0
C
5
{\displaystyle C_{0}C_{5}}
(152 pav.). Tarsime, kad neištempiamas siūlas, vienu galu pritvirtintas taške
C
0
{\displaystyle C_{0}}
, gaubia šitą liniuotę. Jeigu mes šitą siulą dislokuosime, jį palikdami visą laiką įtemptu, tai galas (pabaiga) siulo apibūdins kreivę
M
5
M
0
{\displaystyle M_{5}M_{0}}
- evolventę. Iš čia ir išeina pavadinimas "evolventė" - išklotinė. Įrodymas to, kad gauta kreivė tikrai yra evolventė, gali būti įvykdytas remiantis nustatytomis aukščiau savybėmis evoliutės.
Pažymėsime, kad vienai evoliutei atitinka nesuskaičiuojama daugybė skirtingų evolvenčių (152 pav.).
Vaizdas:Kreivispav153.jpg 153 pav.
Tegu turime apskritimą spindulio a (153 pav.). Paimsime tą iš evolvenčių šito apskritimo, kuri pereina per tašką
M
0
(
a
;
0
)
.
{\displaystyle M_{0}(a;\;0).}
Atsižvelgiant, kad
C
M
=
C
M
0
˘
=
a
t
,
{\displaystyle CM={\breve {CM_{0}}}=at,}
lengva gauti lygtį evolventės apskritimo:
O
P
=
x
=
a
(
cos
t
+
t
sin
t
)
,
{\displaystyle OP=x=a(\cos t+t\sin t),}
P
M
=
y
=
a
(
sin
t
−
t
cos
t
)
.
{\displaystyle PM=y=a(\sin t-t\cos t).}
Pažymėsime, kad profilis danties dantuoto rato turi dažniausiai formą apskritimo evolventės.
Sprendimas .
Duotasis apskritimas su spinduliu a yra evoliutė, ieškomos evolventės. Apskritimo parametrinės lygtys:
α
=
a
cos
t
,
{\displaystyle \alpha =a\cos t,}
β
=
a
sin
t
.
{\displaystyle \beta =a\sin t.}
Randame apskritimo liestinę taške
M
(
x
M
;
y
M
)
{\displaystyle M(x_{M};y_{M})}
:
k
=
β
α
=
a
sin
t
a
cos
t
=
tan
t
=
β
′
(
α
)
,
{\displaystyle k={\frac {\beta }{\alpha }}={\frac {a\sin t}{a\cos t}}=\tan t=\beta '(\alpha ),}
y
M
−
β
=
k
(
x
M
−
α
)
=
(
x
M
−
α
)
tan
t
.
{\displaystyle y_{M}-\beta =k(x_{M}-\alpha )=(x_{M}-\alpha )\tan t.\;}
β
=
y
M
−
(
x
M
−
α
)
tan
t
.
{\displaystyle \beta =y_{M}-(x_{M}-\alpha )\tan t.\;}
Toliau randame apskritimo normalės lygtį:
y
M
−
β
=
−
1
k
(
x
M
−
α
)
=
−
1
tan
t
(
x
M
−
α
)
,
{\displaystyle y_{M}-\beta =-{\frac {1}{k}}(x_{M}-\alpha )=-{\frac {1}{\tan t}}(x_{M}-\alpha ),}
β
=
−
y
M
+
1
tan
t
(
x
M
−
α
)
;
{\displaystyle \beta =-y_{M}+{\frac {1}{\tan t}}(x_{M}-\alpha );}
a
sin
t
=
−
y
M
+
cos
t
sin
t
(
x
M
−
a
cos
t
)
,
{\displaystyle a\sin t=-y_{M}+{\frac {\cos t}{\sin t}}(x_{M}-a\cos t),}
a
sin
t
=
−
y
M
+
cos
t
sin
t
x
M
−
a
cos
2
t
sin
t
,
{\displaystyle a\sin t=-y_{M}+{\frac {\cos t}{\sin t}}x_{M}-{\frac {a\cos ^{2}t}{\sin t}},}
y
M
=
−
a
sin
t
−
a
cos
2
t
sin
t
+
cos
t
sin
t
x
M
,
{\displaystyle y_{M}=-a\sin t-{\frac {a\cos ^{2}t}{\sin t}}+{\frac {\cos t}{\sin t}}x_{M},}
y
M
=
−
a
sin
2
t
+
a
cos
2
t
sin
t
+
cos
t
sin
t
x
M
,
{\displaystyle y_{M}=-{\frac {a\sin ^{2}t+a\cos ^{2}t}{\sin t}}+{\frac {\cos t}{\sin t}}x_{M},}
y
M
=
x
M
cos
t
−
a
sin
t
=
x
M
1
tan
t
−
a
sin
t
;
{\displaystyle y_{M}={\frac {x_{M}\cos t-a}{\sin t}}=x_{M}{\frac {1}{\tan t}}-{\frac {a}{\sin t}};}
y
M
sin
t
=
x
M
cos
t
−
a
,
{\displaystyle y_{M}\sin t=x_{M}\cos t-a,}
y
M
sin
t
+
a
=
x
M
cos
t
,
{\displaystyle y_{M}\sin t+a=x_{M}\cos t,}
x
M
=
y
M
sin
t
+
a
cos
t
.
{\displaystyle x_{M}={\frac {y_{M}\sin t+a}{\cos t}}.}
Tokiu budu gavome apskritimo evolventės lygtį, kuri yra analogiška parametrinėms lygtims
x
M
=
a
(
cos
t
+
t
sin
t
)
,
{\displaystyle x_{M}=a(\cos t+t\sin t),}
y
M
=
a
(
sin
t
−
t
cos
t
)
.
{\displaystyle y_{M}=a(\sin t-t\cos t).}
Pavyzdžiui, kai
t
=
1
{\displaystyle t=1}
,
a
=
1
{\displaystyle a=1}
, turime:
x
M
=
a
(
cos
t
+
t
sin
t
)
=
1
⋅
(
cos
1
+
1
⋅
sin
1
)
=
cos
1
+
sin
1
=
0.540302305
+
0.841470984
=
1.381773291
,
{\displaystyle x_{M}=a(\cos t+t\sin t)=1\cdot (\cos 1+1\cdot \sin 1)=\cos 1+\sin 1=0.540302305+0.841470984=1.381773291,}
y
M
=
a
(
sin
t
−
t
cos
t
)
=
1
⋅
(
sin
1
−
1
⋅
cos
1
)
=
sin
1
−
cos
1
=
0.841470984
−
0.540302305
=
0.301168678
;
{\displaystyle y_{M}=a(\sin t-t\cos t)=1\cdot (\sin 1-1\cdot \cos 1)=\sin 1-\cos 1=0.841470984-0.540302305=0.301168678;}
y
M
=
x
M
cos
t
−
a
sin
t
=
1.381773291
⋅
cos
1
−
1
0.841470984
=
0.746575295
−
1
0.841470984
=
0.253424704
0.841470984
=
−
0.301168678
,
{\displaystyle y_{M}={\frac {x_{M}\cos t-a}{\sin t}}={\frac {1.381773291\cdot \cos 1-1}{0.841470984}}={\frac {0.746575295-1}{0.841470984}}={\frac {0.253424704}{0.841470984}}=-0.301168678,}
x
M
=
y
M
sin
t
+
a
cos
t
=
0.301168678
⋅
sin
1
+
1
cos
1
=
1.253424704
0.540302305
=
2.318038035.
{\displaystyle x_{M}={\frac {y_{M}\sin t+a}{\cos t}}={\frac {0.301168678\cdot \sin 1+1}{\cos 1}}={\frac {1.253424704}{0.540302305}}=2.318038035.}
Dėl tam tikrų priežasčių (galbūt x ir y laikymas kaip viena funkcija nuo kitos, o ne atvirkščiai):
x
M
=
y
M
sin
t
−
a
cos
t
=
0.301168678
⋅
sin
1
−
1
cos
1
=
0.253424704
−
1
0.540302305
=
0.253424704
−
1
0.540302305
=
−
0.746575296
0.540302305
=
−
1.381773292.
{\displaystyle x_{M}={\frac {y_{M}\sin t-a}{\cos t}}={\frac {0.301168678\cdot \sin 1-1}{\cos 1}}={\frac {0.253424704-1}{0.540302305}}={\frac {0.253424704-1}{0.540302305}}={\frac {-0.746575296}{0.540302305}}=-1.381773292.}