勒洛三角形、地支三合与古代璇玑图像 勒洛三角形钻头

勒洛三角形是除了圆形以外,最简单易懂的勒洛多边形,一个定宽曲线。将一个曲线图放在两条平行线中间,使之与这两平行线相切, 则可以做到:无论这个曲线图如何运动,它还是在这两条平行线内,并且始终与这两条平行线相切。这个定义由FranzReuleaux,一个十九世纪的德国工程师命名。

等宽曲线
  显然,这个等宽曲线的宽度等于原来等边三角形的边长。请你亲自动手做个实验。把一硬纸卡片剪出一个如上所画的等宽曲线的样子,而用另一硬纸卡片剪下一个正方形的洞。如果正方形的边长等于曲线的宽度,那么不管方向怎样变化,它正好合适地装入这个曲线板,并且这个等宽曲线板可以在正方形内紧密无间地自由转动。实际上,任何等宽曲线都可以在边长等于曲线宽度的正方形内紧密无间而自由地转动;反之,可以在正方形内紧密而自由地转动的曲线也是等宽曲线。用这种等宽曲线做横断面的滚子,也能使载重物水平地移动,而不至于上下颠簸。这种具有奇特功能的曲边三角形,是由工艺学家鲁列斯首先发现的,所以也称为鲁列斯曲边三角形。  

在鲁列斯的等宽曲线上有尖点,即在两条圆弧相交处形成角顶。我们希望它光滑一些,可以按下面的方法得到没有任何角顶的新的等宽曲线:把等边三角形的各边向两个方向延长相等的一段;以三个顶点为圆心画圆弧,使得三个内角所对的圆弧的半径,等于边长与延长线的长度的和;内角的对顶角所对的圆弧,等于延长线的长。由这样的六条圆弧组成的等宽曲线克服了尖点,因此光滑得多了。





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注:可以推测古代璇玑就是类似这种勒洛三角形,其可在正方形内无晃动旋转,应天圆地方思想的密切结合和统一,另外其三个外周点连接可形成等边三角形,其旋转恰对应地支三合和三鱼太极的情况。如此原理可以用到刀具上用旋转特殊刀具切出方孔来,其图形如上,具体方法为:设方孔的边长为axa,在方孔边中点A,以方孔边长a为半径作圆弧(r=a),交另二边于B、C,再分别以B、C点为中心作圆弧,该三圆弧组成以A、B、C为顶点的弧边三角形,将刀具做成弧边三角形,在axa的靠模方孔中转动和滑移,则刀具上A、B、C三个刀尖就能切出靠模下的工件上的边长为axa的方孔。由图可以看出,古代璇玑形状与此类刀具形状几乎完全相同,这就暗示了古人也可能以这样一个玉器向后人传达某种高深的知识:圆道成方,方圆不二。

Z变换和拉普拉斯变换之间的映射可以有效实现方与圆域的转换,尤其是圆环域与矩形区域。

  

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