Кіріспе

Геометрияда циклоид – дөңгелектің бір нүктесінің, дөңгелек түзу сызық бойымен сырғалмай домалағанда қалдыратын іздері. Циклоид – трохоидтың нақты бір түрі және бір қисықтың екінші қисық үстінен домалауынан пайда болатын рулетканың мысалы. Циклоид, егер оның төбелері жоғары қараса, біртекті гравитацияда ең жылдам түсу қисығы болып табылады (брахистохрон қисығы). Сондай-ақ, бұл қисық бойымен қарапайым гармоникалық қозғалыс жасайтын (көтеріліп-түсетін) дененің периоды дененің бастапқы орнына тәуелді болмайтын қисық түрі де (таутохрон қисығы). Физикада, егер бір-біріне перпендикуляр біртекті электр және магнит өрісіне тоқтаған зарядталған бөлшек қойылса, бөлшектің траекториясы циклоид түрінде болады.

Тарих

Циклоидты "Геометрияның Еленасы" деп атаған, өйткені Троялық Елена сияқты, ол 17 ғасыр математиктерінің арасында жиі дау-жанжал тудырды. Сара Харт болса, оны "осы қисықтың қасиеттерінің өте әдемі болуы себепті" осылай атаған дейді. Математика тарихшылары циклоидты кім ашқандығына қатысты бірнеше үміткерді қарастырды. Математика тарихшысы Пол Таннери ежелгі заманда осындай қарапайым қисық белгілі болған болуы керек деп болжады, осыған байланысты Ямблих сипаттаған Антиохиялық Карптың ұқсас жұмыстарын мысалға келтірді.

Инволюта

Циклоидтың инволютасы, одан туындаған циклоидтың пішінімен толық сәйкес келеді. Бұл, бастапқы циклоидқа жанасып жатып, жартылай қабаттан жазыла бастаған сымның ұшы қозғалатын жол ретінде көрінеді: осылай жазылу арқылы ол жаңа циклоидты құрайды (циклоидты маятник және доға ұзындығы туралы да қараңыз).

Қатынасты қисықтар

Циклоидқа бірнеше қисықтар байланысты. Трохоид: циклоидтың жалпылануы, онда қисықтың бойымен жүретін нүкте домалап өтетін шеңбердің ішінде (құрттаған) немесе сыртында (созылған) болуы мүмкін. Гипоциклоид: циклоидтың түрі, онда шеңбер түзудің орнына басқа шеңбердің ішінде домалайды. Эпициклоид: циклоидтың түрі, онда шеңбер түзудің орнына басқа шеңбердің сыртында домалайды. Гипотрохоид: гипоциклоидтың жалпыланған түрі, онда қисықты құрастыратын нүкте домалап өтетін шеңбердің шетінде орналаспауы мүмкін. Эпитрохоид: эпициклоидтың жалпыланған түрі, онда қисықты құрастыратын нүкте домалап өтетін шеңбердің шетінде орналаспауы мүмкін. Бұл қисықтардың бәрі – біркелкі қисықтығы бар екінші қисық бойымен домалап өтетін шеңбердің рулеткалары. Циклоид, эпициклоид және гипоциклоидтардың ерекшелігі – олардың әрқайсысы өз эволюциясына ұқсас. Егер q – қисықтың радиусы мен шеңбер радиусының көбейтіндісі болса, эпи үшін оң, ал гипо үшін теріс белгімен берілсе, қисық пен эволюция арасындағы ұқсастық коэффициенті 1 + 2q тең болады. Классикалық спирограф ойыншығы гипотрохоид және эпитрохоид қисықтарын жасайды.

Басқа қолданыстар

Циклоидты арканы архитектор Луис Кан Техас штатының Форт-Уорт қаласындағы Кимбелл өнер мұражайының жобасында пайдаланған. Оны Уоллес К. Харрисон да Нью-Гэмпшир штатының Ганновер қаласындағы Дартмут колледжіндегі Хопкинс орталығының жобасында қолданған. Кейінгі зерттеулер көрсеткендей, қысқартылған циклоидтар мұндай айтарлықтай өзгерістерге ұшырайтын қисықтардың жалпы үлгісі бола алмайды.