3.1 Исторические сведения

В 1638 г. Р. Декарт, чтобы опровергнуть (неверно им понятое) правило П. Ферма для нахождения касательных, предложил Ферма найти касательную к линии . При обычном для нас толковании отрицательных координат эта линия, которую в 18 веке стали называть декартовым листом, состоит из петли OBAC (рис.4) и двух бесконечных ветвей (OI, OL).

Но в таком виде ее представил впервые Х. Гюйгенс (в 1692 г.). До этого линию представляли в виде четырех лепестков (один из них OBAC), симметрично расположенных в четырех координатных углах. Поэтому ее называли «цветком жасмина».

3.2 Построение

Чтобы построить декартов лист с диаметром петли проведем окружность A радиуса и какую-либо прямую GH, параллельную AO. Далее проведем прямые AA^? и OE, перпендикулярные AO, и отметим точки A^?, E их пересечения с GH. Наконец, отложим на луче OA отрезок OF = 3OA и проведем прямую FE. Теперь искомая линия строится по точкам следующим образом.

Через O проводим любую прямую ON и через точку N, где эта прямая пересекает (вторично) окружность, проводим NQAA^?. Точку Q, где NQ пересекает прямую OF соединяем с A^? и отмечаем точку K, где QA^? пересекает FE. Проводим прямую AK до пересечения с прямой GH в точке Q^?. Наконец, откладываем на прямой OA отрезок OP, равный и равнонаправленный с отрезком A^?Q^?. Прямая M₁M₂, проведенная через P параллельно AA^?, пересечет прямую ON в точке M₁. Эта точка (а также точка M₂, симметричная ей относительно AO), принадлежит искомой линии.

Когда точка N, исходя из O, описывает окружность A против часовой стрелки, точка M₁ описывает траекторию LOCABOI.

3.3 Особенности формы

Точка O - узловая. Касательные, проходящие через O, совпадают с осями координат. Прямая OA () есть ось симметрии. Точка , наиболее удаленная от узловой точки, называется вершиной (коэффициент выражает диагональ квадрата, сторона которого равна наибольшей хорде OA петли, так что ). Прямая UV () - асимптота обеих бесконечных ветвей.

3.4 Задача

Написать уравнение декартова листа в прямоугольной системе координат и, приняв точку O за полюс, в полярной системе координат.

Решение:

Уравнение в прямоугольной системе:

.

Уравнение в полярной системе (OX - полярная ось):

.

4. Улитка Паскаля

4.1 Определение и построение

Даны: Точка O (полюс), окружность K диаметра OB=a (рис.6), проходящая через полюс (основная окружность; она показана на чертеже пунктиром), и отрезок . Из полюса O проводим произвольную прямую OP. От точки P, где прямая OP вторично пересекает окружность, откладываем в обе стороны от P отрезки . Геометрическое место точек M₁, M₂ (жирная линия на рис.6) называется улиткой Паскаля - в честь Этьена Паскаля (1588 - 1651), отца знаменитого французского ученого Блеза Паскаля (1623 - 1662).