Введение
Круги в двух перпендикулярных семьях семейство кругов, имеющих общую радикальную ось, и соответствующее семейство ортогональных кругов В геометрии, Аполлоновские круги - это две семьи (карандаши) кругов, при которых каждый круг в первой семье пересекает каждый круг во второй семье по ортогоне, и наоборот. Эти круги составляют основу биполярных координат. Их открыл Аполлоний из Перги, известный греческий геометр.
a family of circles sharing a radical axis, and the corresponding family of orthogonal circles
In geometry, Apollonian circles are two families (pencils) of circles such that every circle in the first family intersects every circle in the second family orthogonally, and vice versa. These circles form the basis for bipolar coordinates. They were discovered by Apollonius of Perga, a renowned Greek geometer.
Биполярные координаты
Дана синяя и красная окружности пересекаются в двух точках. Для получения биполярных координат требуется метод, позволяющий определить, какая точка является правильной. Изоптическая дуга - это локус точек X, которые видят точки C, D под заданным ориентированным углом векторов, т. е. Такая дуга содержится в красном круге и ограничена точками C, D. Когда мы действительно хотим, чтобы весь красный круг, описание с помощью ориентированных углов прямых линий должны быть использованы:
Such an arc is contained into a red circle and is bounded by points C, D. The remaining part of the corresponding red circle is isopt(θ + π). When we really want the whole red circle, a description using oriented angles of straight lines has to be used:
Карандаши из кругов
Оба семейства Аполлонских кругов являются карандашами кругов. Каждый из них определяется любыми двумя его членами, называемыми генераторами карандаша. В частности, один из них - эллиптический карандаш (красное семейство кругов на рисунке), который определяется двумя генераторами, которые проходят друг через друга в точно двух точках (С, D). Другой - гиперболический карандаш (синее семейство кругов на рисунке), который определяется двумя генераторами, которые не пересекаются друг с другом в любой точке.
Осе корней и центральной линии
Любые два из этих кругов в карандаше имеют одну и ту же коренную ось, и все круги в карандаше имеют коллинейные центры. Любые три или более круга из одного семейства называются коаксиальными кругами или коаксиальными кругами. Эллиптический карандаш из кругов, проходящих через две точки C, D (набор красных кругов на рисунке), имеет линию CD в качестве своей основной оси. Центр кругов в этом карандаше лежит на перпендикулярном бисекторе CD. Гиперболический карандаш, определенный точками C, D (синие круги), имеет свою радикальную ось на перпендикулярном бисекторе линии CD, и все его центры круга на линии CD.
Инверсионная геометрия, ортогональные пересечения и системы координат
Инверсия круга преобразует плоскость таким образом, что она переводит круги в круги, а карандаши из кругов - в карандаши из кругов. Тип карандаша сохраняется: инверсия эллиптического карандаша - это другой эллиптический карандаш, инверсия гиперболического карандаша - это другой гиперболический карандаш, а инверсия параболического карандаша - это другой параболический карандаш. Относительно легко показать, используя инверсию, что в аполлианских кругах каждый синий круг пересекает каждый красный круг ортогонально, т. е. под прямым углом. Инверсия синих Аполлонских кругов относительно круга, сосредоточенного в точке C, приводит к получению карандаша концентрических кругов, сосредоточенных в изображении точки D. Такая же инверсия преобразует красные круги в набор прямых линий, которые все содержат изображение D. Таким образом, эта инверсия преобразует биполярную систему координат, определенную Аполлонскими кругами, в полярную систему координат. Очевидно, что переделанные карандаши встречаются под прямым углом. Поскольку инверсия является конформным преобразованием, она сохраняет углы между кривыми, которые она преобразует, поэтому оригинальные аполлианские круги также встречаются под прямым углом. В качестве альтернативы, ортогональное свойство двух карандашей следует из определяющего свойства радикал-оси, что от любой точки X на радикал-оси карандаша P длины тангенсов от X до каждого круга в P все равны. Из этого следует, что круг, центрированный в X с длиной, равной этим тангенсам, пересекает все круги P перпендикулярно. Та же конструкция может быть применена для каждого X на основной оси P, образуя еще один карандаш кругов, перпендикулярный P. Более обще, для каждого карандаша кругов существует уникальный карандаш, состоящий из кругов, которые перпендикулярны первому карандашу. Если один карандаш эллиптический, его перпендикулярный карандаш гиперболический и наоборот; в этом случае два карандаша образуют набор аполлианских кругов. Карандаш кругов, перпендикулярных параболическому карандашу, также является параболическим; он состоит из кругов, которые имеют одну и ту же общую касательную точку, но с перпендикулярной касательной линией в этой точке.
More generally, for every pencil of circles there exists a unique pencil consisting of the circles that are perpendicular to the first pencil. If one pencil is elliptic, its perpendicular pencil is hyperbolic, and vice versa; in this case the two pencils form a set of Apollonian circles. The pencil of circles perpendicular to a parabolic pencil is also parabolic; it consists of the circles that have the same common tangent point but with a perpendicular tangent line at that point.
Физика
Показано, что за траекториями Аполлоновского движения следуют вихревые ядра или другие определенные псевдоспиновые состояния в некоторых физических системах, включающих интерференционные или связанные поля, такие как фотонические или связанные поляритонные волны. Траектории возникают из вращения Раби сферы Блоха и ее стереографической проекции на реальное пространство, где производится наблюдение.