特殊同焦达布圆达布克西曲面:由圆族生成

特殊同焦达布圆达布克西曲面:由圆族生成
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2021-03-13 06:44
本范例演示如何在三维空间中构造“特殊同焦的达布圆达布克西(Darboux cyclide)”曲面,并展示其由圆(圆族)构成的几何结构与对称性表现。核心数学概念包括:达布克西曲面(Darboux cyclide)作为圆族围成的二次/相关曲面、同焦(confocal)几何约束、以及用镜像、分点与球/隐式曲线等方式得到曲面的显式或隐式方程。作图要点:利用 GeoGebra 的 Point/Intersect 确定关键点与交点;用 Circle、Line 与 LineBisector 生成圆与对称相关的构件;借助 Mirror、Midpoint、Rotate 构造对称与旋转关系;用 ImplicitCurve、CurveCartesian 表达/绘制曲面或曲线;在三维中结合 Sphere、Line 与向量/向量相关对象来组织空间几何;并通过 Sequence、Zip 形成参数化圆族或曲线点集,最终生成 darboux(曲面/隐式对象)及其伴随量(如 bizQuxy、bizQxz、S_z 等)。适合高中到大学的立体解析几何、空间曲面建模与可视化课程,也适合作为数学建模与几何建构的探索练习。

GeoGebra 命令及参数

  1. Point(xAxis) → e
  2. Intersect(xAxis, yAxis) → o
  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. Mirror(s, f_{1}) → s'
  15. Mirror(s', c_E) → s''
  16. Midpoint(s'', s) → B
  17. Circle(B, s) → h
  18. Mirror(f, h) → f'_{1}
  19. Mirror(h, f_{1}) → h'
  20. Mirror(f, h') → f'_{2}
  21. ImplicitCurve(darboux(x, y, 0)) → bizQu_{xy}
  22. ImplicitCurve(darboux(x, 0, y)) → bizQu_{xz}
  23. Circle(s, s'', S_z) → bizQu1_{xz}
  24. Circle(s', s''', S'_z) → bizQu2_{xz}
  25. LineBisector(f, f''') → l
  26. Sphere(o, S_z) → eKu
  27. 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_{+}
  28. 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_{-}
  29. Sequence(k, k, (-anz), anz) → L_{anz}
  30. Zip(Circle[PP((k / anz * π)), S_z, S'_z], k, L_{anz}) → KreisGitterx
  31. Point(g) → s0_x
  32. ImplicitCurve(darboux0(x, y, 0)) → bizQu0_{xy}
  33. ImplicitCurve(darboux1(x, 0, y)) → bizQu11_{xz}
  34. CurveCartesian((1 / (1 + sqrt(1 - (a0^(2) * (cos(u))^(2)) - (b0^(2) * (sin(u))^(2)))) * ((a0 * cos(u)) + ((ί * b0) * sin(u)))), u, (-π), π) → TBizQu0_{+}
  35. CurveCartesian((1 / (1 - sqrt(1 - (a0^(2) * (cos(u))^(2)) - (b0^(2) * (sin(u))^(2)))) * ((a0 * cos(u)) - ((ί * b0) * sin(u)))), u, (-π), π) → TBizQu0_{-}
  36. Zip(Circle[PP0((k / anz * π)), S_z, S'_z], k, L_{anz}) → KreisGittery
  37. Rotate(Sphere[Intersect[Tangent[ℯ^((ί * u)), c_E], xAxis], ℯ^((ί * u))], 90°, yAxis) → oKu_u
  38. Circle(f, S_z, S'_z) → cf
  39. Circle(f', S_z, S'_z) → cf'
  40. Circle(f, i, i') → cff
  41. Circle(f', i, i') → cff'

AI 绘图提示语参考

绘制一个特殊的共焦达布环面,通过一系列圆族展示其对称性。首先在x轴上取点e,与y轴交点o,以o为圆心e为半径画圆c_E,再与y轴交于i和i',过i和i'画直线f_1,与x轴交于e',过e和e'画直线g,g与y轴交点为f,g的中垂线为n,n与y轴交点为s,s关于c_E对称得到s''',s和s'''的中点为A,s关于f_1对称得到s',s'关于c_E对称得到s'',s''和s的中点为B,以B和s为直径画圆h,f关于h对称得到f'_1,f'_1关于h对称得到f',f关于f'对称得到f'_2,最后画出隐式曲线darboux(x, y, 0)和darboux(x, 0, y),并展示它们的参数曲线。
以上提示语为根据原始绘图命令整理而来,仅供参考。