Darboux 循环曲面上的圆系与切割演示

Darboux 循环曲面上的圆系与切割演示
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2021-03-14 23:19
该范例演示在一类特殊 Darboux 循环曲面(Darboux cyclide)上如何构造并展示其上若干圆的形态、位置关系与相交轨迹。核心数学概念包括:Darboux 环面/循环曲面的几何性质、圆与曲面的交集(Intersect)、切线与正交线(Tangent、OrthogonalLine)、对称与镜像变换(Mirror)、角平分与中点构造(LineBisector、Midpoint)、以及空间中曲线/隐式曲面的表达(ImplicitCurve、CurveCartesian、ImplicitCurve)与三维交线/路径(Plane、IntersectPath)。作图要点方面,利用 GeoGebra 的 Intersect、Circle、Line、LineBisector、Mirror、Midpoint、Tangent、OrthogonalLine 来逐步确定圆心、切点、切线与正交约束,再用 Translate、Center、Sphere、Plane、ImplicitCurve、CurveCartesian 将圆及其交集嵌入到三维场景中;同时通过 Sequence、Zip 组织多组圆对象,并用 IntersectPath 追踪曲线在曲面上的截取结果,生成一系列圆的“圆系”可视化效果。适合高中到大学的几何作图与解析/立体几何教学,以及兴趣研究者用于理解循环曲面与圆系的几何结构,便于结合圆的切性、正交性和对称性进行探究学习。

GeoGebra 命令及参数

  1. Intersect(xAxis, yAxis) → o
  2. Point(xAxis) → e
  3. Circle(o, e) → c_E
  4. Intersect(c_E, yAxis, 1) → i'
  5. Intersect(c_E, yAxis, 2) → i
  6. Line(i, i') → f_{1}
  7. Intersect(c_E, xAxis, 2) → e'
  8. Line(e, e') → g
  9. Point(g) → f
  10. LineBisector(f'', f) → n
  11. Point(g) → s
  12. Mirror(s, c_E) → s'''
  13. Midpoint(s, s''') → A
  14. Circle(A, s) → d
  15. Mirror(f, d) → f'_{4}
  16. Mirror(d, f_{1}) → d'
  17. Mirror(f, d') → f'_{5}
  18. Circle((1 / 2 * (f'_{4} + f'_{5})), f'_{4}) → cE_L
  19. Point(cE_L) → qE_L
  20. Circle(f', qE_L, f''') → e_1
  21. Mirror(s, f_{1}) → s'
  22. Mirror(s', c_E) → s''
  23. Midpoint(s'', s) → B
  24. Circle(B, s) → h
  25. Mirror(f, h) → f'_{1}
  26. Mirror(h, f_{1}) → h'
  27. Mirror(f, h') → f'_{2}
  28. Circle((1 / 2 * (f'_{1} + f'_{2})), f'_{1}) → c_L
  29. Mirror(f, c_L) → f_{#}
  30. Circle(qE_L, f, f_{#}) → g_1
  31. Tangent(f, g_1) → h_1,
  32. OrthogonalLine(f, h_1) → i_1
  33. Intersect(n, i_1) → E
  34. Circle(E, f) → k_1
  35. Intersect(k_1, e_1) → p2_2, p2_1, ,
  36. Mirror(p2_1, g_1) → z_{1}
  37. Circle(z_{1}, p2_1, p2_2) → dbc2ell
  38. MittelkreisKreisKreisHyperbolisch(k_1, e_1) → dbc2hyp
  39. ImplicitCurve(darboux(x, y, 0)) → bizQu_{xy}
  40. ImplicitCurve(darboux(0, y, x)) → bizQu_{yz}
  41. ImplicitCurve(darboux(x, 0, y)) → bizQu_{xz}
  42. Translate(ImplicitCurve[darboux(x, y, h_z)], Vector[(0, 0, h_z)]) → bizQuh_z
  43. Circle(s, s'', S_z) → bizQu1_{xz}
  44. Circle(s', s''', S'_z) → bizQu2_{xz}
  45. Circle(o, s''') → k
  46. Circle(o, s) → p
  47. Point(c_L) → p_L
  48. Circle(f', f'', p_L) → cb11
  49. Circle(p_L, f, f_{#}) → r
  50. Center(r) → C
  51. Line(C, f) → j
  52. LineBisector(f, f''') → l
  53. Intersect(j, l) → D
  54. Circle(D, f) → cb12
  55. If(x(Intersect[cb12, cb11, 1]) > 0, Intersect[cb12, cb11, 1], Intersect[cb12, cb11, 2]) → p_1
  56. Mirror(p_1, r) → F'
  57. Mirror(p_1, c_E) → p_4
  58. LineBisector(p_4, p_1) → b
  59. Center(bizQu1_{xz}) → K
  60. Sphere(o, S_z) → eKu
  61. Center(e_1) → M
  62. Center(k_1) → N
  63. Point(g) → s2_x
  64. ImplicitCurve(darboux2(x, y, 0)) → bizQu2_{xy}
  65. Line(o, S_z) → f_2
  66. If(x(Intersect[cb12, cb11, 1]) > 0, Intersect[cb12, cb11, 2], Intersect[cb12, cb11, 1]) → p_2
  67. Mirror(p_1, r) → p'_{2}
  68. Circle(p'_{2}, p_1, p_2) → dbc1
  69. Center(dbc1) → mdb1
  70. Sphere(mdb1, p_1) → dbKu1
  71. Line(p_1, mdb1) → ldbc
  72. Intersect(ldbc, f_{1}) → mdb3
  73. Mirror(p_1, f_{1}) → p'_1
  74. Circle(mdb3, p_1) → dbc3
  75. Sphere(mdb3, p_1) → dbKu3
  76. LineBisector(p_4, p_1) → m
  77. Intersect(m, ldbc) → mdb4
  78. Circle(mdb4, p_1) → dbc4
  79. Sphere(mdb4, p_1) → dbKu4
  80. Intersect(g, ldbc) → mdb2
  81. Circle(mdb2, p_1) → dbc2
  82. Sphere(mdb2, p_1) → dbKu2
  83. CurveCartesian(T_{-1}((1 / (1 + sqrt(1 - (a_T^(2) * (cos(u))^(2)) - (b_T^(2) * (sin(u))^(2)))) * ((a_T * cos(u)) + ((b_T * sin(u)) * ί)))), u, (-π), π) → TBizQu_{+}
  84. CurveCartesian(T_{-1}((1 / (1 - sqrt(1 - (a_T^(2) * (cos(u))^(2)) - (b_T^(2) * (sin(u))^(2)))) * ((a_T * cos(u)) + ((b_T * sin(u)) * ί)))), u, (-π), π) → TBizQu_{-}
  85. Sequence(k, k, (-anz), anz) → L_{anz}
  86. Zip(Circle[PP((k / anz * π)), S_z, S'_z], k, L_{anz}) → KreisGitter
  87. Mirror(p2_2, g_1) → F
  88. Circle(p2_1, p2_2, F) → cdb_E
  89. MittelkreisKreisKreisHyperbolisch(e_1, k_1) → cdb_{ell}
  90. If(Defined[cdb_E], cdb_E, cdb_{ell}) → dbc_E
  91. Center(dbc_E) → mdbc_E
  92. Center(cE_L) → G
  93. Center(k_1) → mcb1_E
  94. Line(mdbc_E, mcb1_E) → q
  95. OrthogonalLine(o, q) → t
  96. Intersect(dbc_E, q) → q2_E, q1_E
  97. Sphere(mdbc_E, q2_E) → dbKu_E
  98. Intersect(c_E, t) → H, I
  99. Intersect(bizQu1_{xz}, dbKu_E) → J, L, ,
  100. Intersect(bizQu2_{xz}, dbKu_E) → O, P, ,
  101. Line(L, P) → a
  102. Plane(o, I, L) → Esec
  103. IntersectPath(Esec, dbKu_E) → csec
  104. Line(o, J) → j_1
  105. Plane(o, I, J) → Esec'
  106. IntersectPath(Esec', dbKu_E) → csec'
  107. Circle(S_z, S'_z, p_1) → dbcE4

AI 绘图提示语参考

在Darboux cyclide表面上绘制一系列圆。起始于一个基本圆,然后通过镜像操作生成对称的圆。圆与y轴的交点用于确定切线和正交线,这些线进一步定义新的圆。圆族与Darboux cyclide的交点以及圆的切点共同构成图形。整体呈现对称的圆排列,展示圆与特殊曲面的几何关系。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来,仅供参考。