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Parcelas polares de$\sin(kx)$

Las parcelas de $\sin(kx)$ sobre la línea real son algo aburrido y mira esencialmente los mismos:

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Para mayor $k$ usted puede decir fácilmente que $k$ es (no sólo debido a los efectos de Moiré):

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Pero cuando se trazan $\sin(kx)$ sobre el círculo unitario por

$$x(t) = \cos(t) (1 + \sin(kt))$$ $$y(t) = \sin(t) (1 + \sin(kt))$$

patrones interesantes surgen, por ejemplo, para $k = 1,2,\dots,8$

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Interludio: tenga en cuenta que estas parcelas son el flujo de las parcelas de las funciones complejas

$$f_k(z)=\frac{1}{2i}(z^k - \overline{z^k})z $$

en el círculo unidad (si no me equivoco). Tenga en cuenta que $f_k(z)$ no es un holomorphic función.

Usted puede comparar esto con la secuencia de la trama de

$$g_k(z)=\frac{1}{2i}(z^k - \overline{z^k}) = f_k (z)/z$$

con $g_k(e^{i\varphi}) = \sin(k\varphi) $:

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[Fin de la interludio.]


Incluso para las grandes $k$ uno todavía podría decir $k$:

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Además, usted puede ver los efectos específicos de racional frecuencias $k$ que son invisibles en los lineales de las parcelas. Aquí están las parcelas de $k=\frac{2n +1}{4}$ con $n = 1,2,\dots,8$:

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La principal ventaja del diagrama lineal de $\sin(kx)$ es que tiene una sencilla interpretación geométrica resp. construcción: Es la trama de la coordenada y de un punto que gira con velocidad constante $k$ en el fijo de la unidad de círculo:

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Alternativamente, usted puede mirar en el seno como la proyección de una hélice se ve desde el lado. Esta fue la idea detrás de una de las primeras representaciones de la sinusoidal encontrar en la Durero:

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Compare esto con los casos de cycloids y epiciclos. Estos también tienen una simple interpretación geométrica - siendo las parcelas de los x - y y-coordenadas de un punto en un círculo que rueda en la línea

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resp. se mueve en un círculo con rapidez constante

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Mi pregunta es:

Por qué interpretación geométrica resp. de la construcción (la participación de los círculos o elipses o lo que sea) puede polar parcelas de $\sin$ ser visto resp. generado? Que la construcción se relaciona con la construcción de $\sin$ por rotación, un punto en un círculo en la forma en que la construcción de epiciclos se refiere a la construcción de cycloids?


Sólo reflexionando: tal vez esta pregunta tiene que ver con esta otra pregunta sobre patrones Ocultos en $\sin(kx^2)$? (Probablemente no, porque usted no puede sensatez parcela $\sin(kx^2)$ radialmente, ya que no está bien definido).

3voto

aleksandar Puntos 189

Gracias a Yves Danoust la pista para Grandi las rosas he encontrado este "respuesta sin palabras" mejor ajuste a mi pregunta:

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– aunque no estoy muy seguro de cómo seleccionar los parámetros (radio del círculo, velocidades de rotación de la línea y el círculo) para reproducir exactamente mi parcela:

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– y aunque no puedo ver con claridad lo que sucede. Como Robert Ferréol describe en su página web sobre Grandi de las rosas:

Las rosas también puede obtenerse como las trayectorias del segundo punto de intersección entre una línea y un círculo en uniforme de rotación alrededor de uno de sus puntos.


La diferencia entre Grandi rose y mi parcela es el orden, en el que la curva se dibuja: no lóbulo por lóbulo, pero como una rosa. Esta diferencia se desvanece, cuando trazamos $\sin(e^{ik\varphi})$ no sobre el círculo (como la línea de base), pero desde el origen. Aquí para $0 \leq \varphi < \pi$ (a la izquierda) y $\pi < \varphi < 2\pi$ (a la derecha):

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2voto

G Cab Puntos 51

Yo no entendía exactamente lo que usted está pidiendo, sin embargo, podría ser de interés saber que en los "viejos tiempos" ingenieros eléctricos se utiliza para visualizar la fase y la frecuencia de una onda sinusoidal por la alimentación a la $x$ eje de un osciloscopio en combinación con un conocido y ajustable de la señal (sinusoidal, triangular , ..) se alimenta a la $y$ eje y producir una figura de Lissajous.

Lissajous_animation

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