Кіріспе

Екі перпендикулярлы топтағы шеңберлер радикалдық осьті бөлісетін шеңберлер тобы және ортогональды шеңберлердің сәйкес топтары Геометрияда Аполлондық шеңберлер - бұл екі топ (пенцильдер) шеңберлері, бірінші топтағы әрбір шеңбер екінші топтағы әрбір шеңберді ортогональды қиып өтеді және керісінше. Бұл шеңберлер биполярлық координаттардың негізін құрайды. Оларды атақты грек геометрі Аполлоний Пергянский тауып алған.

Биполярлық координаттар

Берілген көк шеңбер мен берілген қызыл шеңбер екі нүктеде қиылысады. Биполярлық координаттарды алу үшін қай нүкте дұрыс екенін анықтау үшін әдіс қажет. Изоптық доға - бұл C, D нүктелерін векторлардың берілген бағдарланған бұрышы бойынша көретін X нүктелерінің локусы, яғни мұндай доға қызыл шеңберге кіреді және C, D нүктелерімен шектеледі. Егер біз шын мәнінде бүкіл қызыл шеңберді қаласақ, тура сызықтардың бағдарланған бұрыштарын пайдаланатын сипаттама қолданылуы керек:

Дөңгелектер қарындаштары

Аполлон шеңберлерінің екі туысы да шеңберлердің қарындаштары болып табылады. Әрқайсысы оның кез келген екі мүшесімен анықталады, олар қарындаш генераторлары деп аталады. Нақтырақ айтқанда, бірі - эллипстік қарындаш (суреттегі шеңберлердің қызыл отбасы), ол дәл екі нүктеде (С, D) бір-бірінен өтетін екі генератормен анықталады. Екіншісі - гиперболалық қарындаш (суреттегі көк түстер тобы), ол бір-бірін еш жерде қисаюшы емес екі генератормен анықталады.

Түсбұрыштық ось және орталық сызық

Қаламның ішіндегі кез келген екі шеңбердің радикалдық осьтері бірдей, ал қаламдағы барлық шеңберлердің орталары коллинеарлық. Бір отбасындағы үш немесе одан да көп шеңберлер коаксиалдық шеңберлер немесе коаксиалдық шеңберлер деп аталады. С, D екі нүктесінен өтетін шеңберлердің эллипстік қарындашы (суреттегі қызыл шеңберлер жиынтығы) түбірлік ось ретінде CD сызықты алады. Бұл қарындаш шеңберлерінің орталықтары CD-нің перпендикулярлық қосқышы бойынша орналасқан. С, D нүктелерімен (көк түстермен) анықталатын гиперболалық қарындаш түбірлік осінің CD сызығының перпендикулярлық биссекторында және барлық шеңбер орталықтары CD сызығында болады.

Инверсивті геометрия, ортогональды қиылысу және координаттар жүйесі

Дөңгелектің кері айналуы жазықтықты айналымдарды шеңберге, ал шеңбердің қарындаштарын шеңбердің қарындаштарына карталайтын жолмен өзгертеді. Қарындаш түрі сақталған: эллипстік қарындаштың инверсиясы - тағы бір эллипстік қарындаш, гиперболалық қарындаштың инверсиясы - тағы бір гиперболалық қарындаш, ал параболалық қарындаштың инверсиясы - тағы бір параболалық қарындаш. Аполлон шеңберлерінде әрбір көк шеңбер әрбір қызыл шеңберді ортогональды, яғни тік бұрышпен қиып өтетінін инверсия арқылы көрсету өте оңай. Аполлондық шеңберлердің көк түстерін С нүктесіне бағытталған шеңберге қатысты бұру нәтижесінде D нүктесінің суретіне бағытталған концентрикалық шеңберлердің қарындашы пайда болады. Дәл осы бұру қызыл шеңберлерді D суреті бар түзу сызықтардың жиынтығына айналдырады. Осылайша, бұл бұру Аполлондық шеңберлермен анықталған биполярлық координаттар жүйесін полярлық координаттар жүйесіне айналдырады. Әрине, өзгертілген қарындаштар тік бұрышта кездеседі. Инверсия конформды түрлендіру болғандықтан, ол түрлендіретін қисықтар арасындағы бұрышты сақтайды, сондықтан бастапқы Аполлон шеңберлері де тік бұрышта кездеседі. Басқаша айтқанда, екі қарындаштың ортогональді қасиеттері түбірлік остың анықтауыш қасиетінен туындайды, бұл кез келген нүктеден X қарындаш P түбірлік осінде X-тен P-дегі әрбір шеңберге дейін тангенстердің ұзындығы бірдей. Осыдан кейін, ортасы X-ке тең, ұзындығы осы тангенстерге тең шеңбер P-дің барлық шеңберлерін перпендикуляр түрде кесіп өтеді. Осы конструкцияны P түбірлік осьіндегі әрбір X үшін қолдануға болады, бұл P-ге перпендикуляр шеңберлердің тағы бір қарындашын құрайды. Жалпы алғанда, әрбір шеңбердің қарындашы үшін бірінші қарындашқа перпендикуляр шеңберлерден тұратын бірегей қарындаш бар. Егер бір қалам эллипстік болса, оның перпендикуляр қалам гиперболалық және керісінше; бұл жағдайда екі қалам Аполлон шеңберлерінің жиынтығын құрайды. Параболалық қарындашқа перпендикуляр шеңберлердің қарындашы да параболалық; ол ортақ тангенстік нүктесі бар, бірақ сол нүктеде перпендикуляр тангенстік сызығы бар шеңберлерден тұрады.

Физика

Аполлон траекториялары қозғалысында кейбір физикалық жүйелерде интерференциялық немесе жұпталған өрістерді қамтитын, мысалы фотоникалық немесе жұпталған поляритон толқындары бар шұңқыр ядролары немесе басқа да анықталған псевдоспин күйлерімен ұштасатыны көрсетілді. Траекториялар Блох сферасының Раби айналуынан және оның бақылау жасалатын нақты кеңістіктегі стереографиялық проекциясынан туындайды.