Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Кривая, порожденная проекциями фиксированной точки на касательные другой кривой.
Curve generated by the projections of a fixed point on the tangents of another curve
В математике педальная кривая данной кривой получается в результате ортогональной проекции фиксированной точки на касательные к этой кривой. Более точно, для плоской кривой C и заданной фиксированной точки P, педальная кривая C является геометрическим местом точек X, таких что прямая PX перпендикулярна касательной T к кривой, проходящей через точку X. И наоборот, для любой точки R на кривой C пусть T – касательная в этой точке R; тогда существует единственная точка X на касательной T, которая вместе с точкой P образует прямую, перпендикулярную касательной T (в особом случае, когда фиксированная точка P лежит на касательной T, точки X и P совпадают). Педальная кривая – это множество таких точек X, называемых основанием перпендикуляра, опущенного из фиксированной точки P на касательную T, при изменении положения точки R вдоль кривой C.
In mathematics, a pedal curve of a given curve results from the orthogonal projection of a fixed point on the tangent lines of this curve. More precisely, for a plane curve C and a given fixed pedal point P, the pedal curve of C is the locus of points X so that the line PX is perpendicular to a tangent T to the curve passing through the point X. Conversely, at any point R on the curve C, let T be the tangent line at that point R; then there is a unique point X on the tangent T which forms with the pedal point P a line perpendicular to the tangent T (for the special case when the fixed point P lies on the tangent T, the points X and P coincide) – the pedal curve is the set of such points X, called the foot of the perpendicular to the tangent T from the fixed point P, as the variable point R ranges over the curve C.
В дополнение к педальной кривой существует единственная точка Y на нормали к C в точке R, такая что PY перпендикулярна этой нормали, и, следовательно, PXRY образует (возможно, вырожденный) прямоугольник. Геометрическое место точек Y называется контрапедальной кривой. Ортотомика кривой – это ее педальная кривая, увеличенная в 2 раза с центром подобия в точке P. Это геометрическое место отражения точки P относительно касательной T.
Complementing the pedal curve, there is a unique point Y on the line normal to C at R so that PY is perpendicular to the normal, so PXRY is a (possibly degenerate) rectangle. The locus of points Y is called the contrapedal curve. The orthotomic of a curve is its pedal magnified by a factor of 2 so that the center of similarity is P. This is locus of the reflection of P through the tangent line T.
Педальная кривая является первой в ряду кривых C1, C2, C3 и т.д., где C1 – педальная кривая C, C2 – педальная кривая C1 и так далее. В этой схеме C1 называется первой положительной педальной кривой C, C2 – второй положительной педальной кривой C и т.д. Двигаясь в обратном направлении, C является первой отрицательной педальной кривой C1, второй отрицательной педальной кривой C2 и т.д.
The pedal curve is the first in a series of curves C1, C2, C3, etc., where C1 is the pedal of C, C2 is the pedal of C1, and so on. In this scheme, C1 is known as the first positive pedal of C, C2 is the second positive pedal of C, and so on. Going the other direction, C is the first negative pedal of C1, the second negative pedal of C2, etc.
Геометрические свойства
Рассмотрим прямоугольный угол, движущийся жестко так, что одна сторона остается в точке P, а другая сторона касается кривой. Тогда вершина этого угла – X и описывает педальную кривую. По мере движения угла, направление его движения в точке P параллельно PX, а направление движения в точке R параллельно касательной T = RX. Следовательно, мгновенный центр вращения – это точка пересечения прямой, перпендикулярной PX в точке P, и прямой, перпендикулярной RX в точке R, и эта точка – Y. Отсюда следует, что касательная к педали в точке X перпендикулярна XY. Построим окружность с диаметром PR, тогда она описывает прямоугольник PXRY, а XY – другой диаметр. Окружность и педаль перпендикулярны XY, поэтому они касаются в точке X. Следовательно, педаль является огибающей окружностей с диаметрами PR, где R лежит на кривой. Линия YR является нормалью к кривой, а огибающая таких нормалей – ее эволюта. Поэтому YR является касательной к эволюте, а точка Y – основание перпендикуляра, опущенного из P на эту касательную, другими словами, Y лежит на педали эволюты. Отсюда следует, что контрапедаль кривой является педалью ее эволюты. Пусть C′ – кривая, полученная путем сжатия C в 2 раза к точке P. Тогда точка R′, соответствующая R, является центром прямоугольника PXRY, а касательная к C′ в точке R′ делит этот прямоугольник пополам параллельно PY и XR. Луч света, исходящий из P и отраженный от C′ в точке R′, затем пройдет через Y. Продленный отраженный луч – это линия XY, которая перпендикулярна педали C. Огибающая линий, перпендикулярных педали, является огибающей отраженных лучей или катакаустикой C′. Это доказывает, что катакаустика кривой является эволютой ее ортотомической. Как отмечалось ранее, окружность с диаметром PR касается педали. Центр этой окружности – R′, который движется по кривой C′. Пусть D′ – кривая, конгруэнтная C′, и пусть D′ катится без проскальзывания, как в определении рулетки, по C′, так что D′ всегда является отражением C′ относительно прямой, к которой они касаются. Тогда, когда кривые соприкасаются в R′, точка, соответствующая P на движущейся плоскости, – это X, и поэтому рулетка является педальной кривой. Эквивалентно, ортотомическая кривая – это рулетка кривой на ее зеркальном отражении.
Consider a right angle moving rigidly so that one leg remains on the point P and the other leg is tangent to the curve. Then the vertex of this angle is X and traces out the pedal curve. As the angle moves, its direction of motion at P is parallel to PX and its direction of motion at R is parallel to the tangent T = RX. Therefore, the instant center of rotation is the intersection of the line perpendicular to PX at P and perpendicular to RX at R, and this point is Y. It follows that the tangent to the pedal at X is perpendicular to XY. Draw a circle with diameter PR, then it circumscribes rectangle PXRY and XY is another diameter. The circle and the pedal are both perpendicular to XY so they are tangent at X. Hence the pedal is the envelope of the circles with diameters PR where R lies on the curve. The line YR is normal to the curve and the envelope of such normals is its evolute. Therefore, YR is tangent to the evolute and the point Y is the foot of the perpendicular from P to this tangent, in other words Y is on the pedal of the evolute. It follows that the contrapedal of a curve is the pedal of its evolute. Let C′ be the curve obtained by shrinking C by a factor of 2 toward P. Then the point R′ corresponding to R is the center of the rectangle PXRY, and the tangent to C′ at R′ bisects this rectangle parallel to PY and XR. A ray of light starting from P and reflected by C′ at R' will then pass through Y. The reflected ray, when extended, is the line XY which is perpendicular to the pedal of C. The envelope of lines perpendicular to the pedal is then the envelope of reflected rays or the catacaustic of C′. This proves that the catacaustic of a curve is the evolute of its orthotomic. As noted earlier, the circle with diameter PR is tangent to the pedal. The center of this circle is R′ which follows the curve C′. Let D′ be a curve congruent to C′ and let D′ roll without slipping, as in the definition of a roulette, on C′ so that D′ is always the reflection of C′ with respect to the line to which they are mutually tangent. Then when the curves touch at R′ the point corresponding to P on the moving plane is X, and so the roulette is the pedal curve. Equivalently, the orthotomic of a curve is the roulette of the curve on its mirror image.