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[几何] 圆环在倾斜平面上的投影的外轮廓

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hbghlyj 发表于 2023-7-25 06:35 |阅读模式
本帖最后由 hbghlyj 于 2023-7-26 01:02 编辑
圆环在倾斜平面上的投影的外轮廓是椭圆吗? Tesseract_torus.png

Mathcurve.com

Surfaces and their Profile Curves
Joel Hass
    This paper examines the relationship between a profile curve of a surface in 3 dimensions and the isotopy class of the surface.

isometric orthographic projection on the half of the torus

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kuing 发表于 2023-7-25 13:58
圆环在倾斜平面上的投影的外轮廓是椭圆吗?

很明显不是。

注意到当圆环竖起来时投影外轮廓是个“操场跑道形”:
,然后让圆环稍微歪一点点,它不可能由一个跑道瞬间变成个椭圆。

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-7-25 19:32
kuing 发表于 2023-7-25 13:58
很明显不是。

注意到当圆环竖起来时投影外轮廓是个“操场跑道形”:,然后让圆环稍微歪一点点,它不可能由 ...

一般的它是几次代数曲线呢?

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kuing 发表于 2023-7-25 21:27
hbghlyj 发表于 2023-7-25 19:32
一般的它是几次代数曲线呢?

不知道😌超出我能力范围

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-7-26 00:58
kuing 发表于 2023-7-25 13:58
很明显不是。

注意到当圆环竖起来时投影外轮廓是个“操场跑道形”:,然后让圆环稍微歪一点点,它不可能由 ...


四次曲线?
Mathworld Spiric Section
spiricr.gif
Wikipedia Spiric Section
1000px-Torus-spir.svg.png

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-7-26 04:34
本帖最后由 hbghlyj 于 2023-7-26 06:34 编辑
kuing 发表于 2023-7-25 21:27
不知道😌超出我能力范围

圆环\begin{equation}\label{torus}(\sqrt{x^2+y^2}-2)^2+z^2=1\end{equation}(关于$y$轴旋转45°)作代换$(x, y, z)⟶\left({x + z\over\sqrt2}, y, {z - x\over\sqrt2}\right)$得\begin{equation}\left(\sqrt{\left(x + z\over\sqrt2\right)^2+y^2}-2\right)^2+\left(z - x\over\sqrt2\right)^2=1\label{transformed torus}\end{equation}
令LHS关于$z$的偏导等于$0$得$$\frac{{\left(x + z\right)} {\left(\sqrt{\frac{1}{2} \, {\left(x + z\right)}^{2} + y^{2}} - 2\right)}}{\sqrt{\frac{1}{2} \, {\left(x + z\right)}^{2} + y^{2}}} - x + z=0$$

\begin{equation}\label{profile}
\frac{x+z}z=\sqrt{\frac{1}{2} \, (x+z)^{2} + y^{2} }
\end{equation}
从\eqref{transformed torus}与\eqref{profile}消去$z$得
WolframAlpha\begin{equation}\label{result}4 x^8 + 12 x^6 (y^2 - 1) + x^4 (13 y^4 - 62 y^2 - 59) + 6 x^2 (y^2 - 7) (y^2 - 1)^2 + (y^2 - 9) (y^2 - 1)^3 = 0\end{equation}
Untitled.gif

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-7-26 06:33
本帖最后由 hbghlyj 于 2023-7-26 07:00 编辑

椭圆$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1$作代换$(x^2,y^2)⟶(x,y)$得直线$\frac{x}{a^2}+\frac{y}{b^2}=1$。
将\eqref{result}作代换$(x^2,y^2)⟶(x,y)$得WolframAlpha
Untitled.gif
它有2个分支,其中一个很接近直线呢!但它不是直线WolframAlpha
Untitled.gif
作逆代换$(x,y)⟶(x^2,y^2)$得很接近的椭圆WolframAlpha
Untitled.gif

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-7-26 06:57
\eqref{result}是\eqref{torus}在(1,0,1)方向的投影,这个方向的外轮廓在同一平面内吗?

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 楼主| hbghlyj 发表于 2023-7-26 08:25
本帖最后由 hbghlyj 于 2023-7-26 08:31 编辑
hbghlyj 发表于 2023-7-26 06:57
\eqref{result}是\eqref{torus}在(1,0,1)方向的投影,这个方向的外轮廓在同一平面内吗? ...


曲线可以参数化为$\led
x&=-\sqrt2(\sin t +\tan t)\\
y&=\pm(1+2\sec t)\sqrt{\cos2t}\\
z&=-\sqrt2\tan t
\endled$
所以不在同一平面内。

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GMT+8, 2025-3-4 15:27

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