Русская Википедия:Суперформула (уравнение)

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Файл:Superformula.gif

Некоторые примеры суперформулы: a = b = 1; m, n₁,n₂ и n₃ , указаны под изображениями

Суперформула является обобщением суперэллипса и впервые была выведена Йоханом Гиелисом в 2003 году. Гиелис предположил использовать формулу для описания сложных форм и кривых, которые встречаются в природе.

В полярной системе координат с радиусом <math>r</math> и углом <math>\varphi</math> суперформула выглядит так:

<math>r\left(\varphi\right) =

\left(

       \left|
               \frac{\cos\left(\frac{m\varphi}{4}\right)}{a}
       \right| ^{n_2}

+

       \left|
               \frac{\sin\left(\frac{m\varphi}{4}\right)}{b}
       \right| ^{n_3}

\right) ^{-\frac{1}{n_{1}}}. </math> Выбирая различные значения параметров <math>a, b, m, n_1, n_2, n_3</math>, получаются различные формы.

Формула получена путём обобщения суперэллипса, который, в свою очередь, был выведен французским математиком Габриелем Ламе, а назван и популяризирован датским математиком Питом Хейном.

Обобщение

Суперформулу можно обобщить, заменив параметр m двумя новыми параметрами y и z:

<math>r\left(\varphi\right) =

\left(

       \left|
               \frac{\cos\left(\frac{y\varphi}{4}\right)}{a}
       \right| ^{n_2}

+

       \left|
               \frac{\sin\left(\frac{z\varphi}{4}\right)}{b}
       \right| ^{n_3}

\right) ^{-\frac{1}{n_{1}}} </math> Это позволяет создавать асимметричные и вложенные структуры. В следующих примерах <math>a, b, n_2</math> и <math>{n_3}</math> равны 1:

Файл:SuperformulaU-several-structures.svg

Построения

Файл:Sf2d.png

Пример программы в GNU Octave для генерации этих фигур:

  function sf2d(n,a)
    u=[0:.001:2*pi];
    raux=abs(1/a(1).*abs(cos(n(1)*u/4))).^n(3)+abs(1/a(2).*abs(sin(n(1)*u/4))).^n(4);
    r=abs(raux).^(-1/n(2));
    x=r.*cos(u);
    y=r.*sin(u);
    plot(x,y);
  end

3 мерная суперформула: a = b = 1; m, n₁, n₂ И n₃ , показаны на изображениях.

Файл:Sf3d 3257.svg	Файл:Sf3d 3.5.5.5.svg	Файл:Sf3d 3301515.svg	Файл:Sf3d 7284.svg
Файл:Sf3d 5111.svg	Файл:Sf3d 4.5.54.svg	Файл:Sf3d 8.5.58.svg	Файл:Sf3d 4121515.svg

Пример программы в GNU Octave для генерации этих фигур:

 function sf3d(n, a)
  u=[-pi:.05:pi];
  v=[-pi/2:.05:pi/2];
  nu=length(u);
  nv=length(v);
    for i=1:nu
    for j=1:nv
      raux1=abs(1/a(1)*abs(cos(n(1).*u(i)/4))).^n(3)+abs(1/a(2)*abs(sin(n(1)*u(i)/4))).^n(4);
      r1=abs(raux1).^(-1/n(2));
      raux2=abs(1/a(1)*abs(cos(n(1)*v(j)/4))).^n(3)+abs(1/a(2)*abs(sin(n(1)*v(j)/4))).^n(4);
      r2=abs(raux2).^(-1/n(2));
      x(i,j)=r1*cos(u(i))*r2*cos(v(j));
      y(i,j)=r1*sin(u(i))*r2*cos(v(j));
      z(i,j)=r2*sin(v(j));
    endfor;
  endfor;
  mesh(x,y,z);
 endfunction;

Ссылки

• Сайт о суперформуле и её создателе Джоне Гиелисе http://genicap.com/