羊角螺线(clothoid),又稱欧拉螺线(),是形式为
:x=C(t)
:y=S(t)
的曲线,其中C(t)、S(t)为 Fresnel積分:
:S(x)=\int_0^x \sin(t^2)\,dt=\sum_{n=0}^{\infin}(-1)^n\frac{x^{4n+3}}{(4n+3)(2n+1)!},
:C(x)=\int_0^x \cos(t^2)\,dt=\sum_{n=0}^{\infin}(-1)^n\frac{x^{4n+1}}{(4n+1)(2n)!}.
上面參數方程的參數t,也是螺線於該點的曲率:\kappa(t) = 2t。
兩個螺線的中心位於\pm ( \frac{\sqrt{2\pi}}{4},\frac{\sqrt{2\pi}}{4})
由於此螺線的曲率與長度成正比,故常用於公路工程或鐵路工程,以缓和直路线与圆曲路线之间的曲率變化(向心力變化)。
在光學上,近場繞射(Fresnel繞射)中會應用Fresnel積分。
性质
*C(x)和S(x)是x的奇函数。
*C和S是整函数。
- 利用以上的幂级数展开式,可以把Fresnel积分扩展到复数范围,它是解析函数。Fresnel积分可以用误差函数来表示:
::S(x)=\frac{\sqrt{\pi}}{4} \left( \sqrt{i}\,\operatorname{erf}(\sqrt{i}\,x) + \sqrt{-i}\,\operatorname{erf}(\sqrt{-i}\,x) \right)
::C(x)=\frac{\sqrt{\pi}}{4} \left( \sqrt{-i}\,\operatorname{erf}(\sqrt{i}\,x) + \sqrt{i}\,\operatorname{erf}(\sqrt{-i}\,x) \right).
C(x)和S(x)所定义的积分不能表示为初等函数。当x*趋于无穷大时,函数的值为:
::\int_{0}^{\infty} \cos t^2\,dt = \int_{0}^{\infty} \sin t^2\,dt = \frac{\sqrt{2\pi}}{4} = \sqrt{\frac{\pi}{8}}.
参见
*双曲螺线
*圆内螺线
*等角螺线
*费马螺线
*连锁螺线
*阿基米德螺线
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