Математические байки – Telegram
Математические байки
4.3K subscribers
1.44K photos
15 videos
27 files
914 links
Рассказы про разную математику.

Архив: http://dev.mccme.ru/~merzon/mirror/mathtabletalks/
Download Telegram
Давайте я ещё чуть-чуть порекламирую Этюды: вот тут ( https://etudes.ru/sketches/ellipse-envelope/ ) анимация, в которой эллипс появляется как огибающая. А именно — если взять окружность, по которой бегает точка P, и точку A внутри неё — то огибающая перпендикуляров к AP в точке P будет эллипсом, касающимся этой окружности и с A как одним из фокусов:
Правда, мне это утверждение чуть больше нравится в варианте, получаемом сжатием в два раза: огибающая серединных перпендикуляров к отрезку AP это эллипс, фокусы которого это A и центр окружности.
И в таком виде на это проще всего смотреть в обратную сторону — взять такой эллипс, провести касательную к нему в какой-то точке Q, и отразить отрезок AQ относительно неё. Получающийся отрезок PQ попадает на продолжение отрезка BQ (ибо свойство эллипса), а значит, расстояние BP как раз равно сумме расстояний до фокусов:
BP=QA+QB=const
Поэтому точка P бегает как раз по окружности с центром во втором фокусе B (а радиус этой окружности — длина нити, использованной при построении эллипса).
А ещё это утверждение связано с эллиптичностью орбит. И давайте я тут процитирую коллег:
И чуть-чуть перескажу это видео своими словами — но его стоит посмотреть целиком, оно очень хорошо сделано.

Основной шаг (который очень хорошо запоминается!) там такой: давайте отложим от начала координат вектора скоростей планеты в разные моменты времени.
Теорема: это окружность — правда, с центром не в начале координат.
(Ещё можно сказать, "годограф скоростей круглый")
Математические байки
(Кадр из https://youtu.be/xdIjYBtnvZU?t=953 )
Доказательство: запараметризуем орбиту вместо времени углом из Солнца. Производная скорости по углу будет направлена по радиус-вектору — и будет пропорционально произведению силы притяжения на время на прохождение заданного угла (ну то есть обратно пропорционально угловой скорости).
* Сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния, ибо закон всемирного тяготения;
* Время на прохождение угла прямо пропорционально квадрату расстояния, ибо второй закон Кеплера a.k.a. закон сохранения момента импульса (площадь равнобедренного треугольника с фиксированным углом при вершине пропорционален квадрату его боковой стороны).
И вот квадрат расстояния сокращается — и в такой параметризации производная по углу (жёлтый вектор на рисунке выше) постоянна по модулю. Интегрируя — как раз и получаем, что конец вектора скорости ходит по окружности, правда, с центром где угодно (ибо "плюс константа").
Математические байки
Доказательство: запараметризуем орбиту вместо времени углом из Солнца. Производная скорости по углу будет направлена по радиус-вектору — и будет пропорционально произведению силы притяжения на время на прохождение заданного угла (ну то есть обратно пропорционально…
Этого ещё не хватает — нужно добавить, что по этой окружности в этой параметризации (по углу из Солнца) конец вектора скорости движется равномерно (что мы, собственно, рассуждением выше тоже доказали), и использовать это, чтобы вернуться обратно и построить орбиту.
И если развернуть картинку скоростей на 90 градусов, а потом нарисовать [серединные] перпендикуляры ("разворачивая скорости обратно") — то как раз нужная картинка и образуется:
Математические байки
Photo
Вот. А ещё — если точка A была снаружи окружности, то огибающая получается гиперболой (что, естественно, соответствует гиперболическим орбитам) — https://etudes.ru/sketches/hyperbola-envelope/ .
И получающаяся картинка мне очень напоминает однополостный гиперболоид с одним из двух семейств прямых на нём.
Вот интересно, нельзя ли как-то красиво "выйти в трёхмерное пространство" — чтобы движение точки по окружности и соответствующее движение серединного перпендикуляра естественно становилось движением образующей по гиперболоиду?
Да, про движение образующей — есть удивительная на первый взгляд модель-иллюстрация, когда прямая-образующая "прокручивается" сквозь кривую — гиперболическую — щель: https://youtu.be/gNG-UmfdB4o?t=633 (я поставил отметку начала на нужное место).
Математические байки
Давайте я ещё чуть-чуть порекламирую Этюды: вот тут ( https://etudes.ru/sketches/ellipse-envelope/ ) анимация, в которой эллипс появляется как огибающая. А именно — если взять окружность, по которой бегает точка P, и точку A внутри неё — то огибающая перпендикуляров…
А ещё коллеги добавляют, что картинка для эллипса тоже напоминает однополостный гиперболоид, только на который мы смотрим вдоль одного из направлений внутри полости (точнее, внутри его асимптотического конуса).
https://news.1rj.ru/str/EtudesRu/26

«50 лет назад, 17 ноября 1970 года на поверхность Луны был доставлен советский аппарат «Луноход-1» (…). Ясно, что такой громадный проект наполнен сложными математикой и физикой: от проектирования самого аппарата до расчёта полёта к Луне. Но не все знают, что на каждом луноходе было установлено устройство, принцип работы которого построен на совсем «школьной» программе (…)»

как всегда по вторникам — новый сюжет у Математических этюдов
Кстати, всего на Луне сейчас есть пять (комплектов) отражателей — по одному блоку на Луноходах-1 и -2, и три установили экспедиции Apollo-11, -14 и -15.
Я пишу "комплектов" — потому что каждый из них это не один такой трёхгранный уголок, а блок из них. У Луноходов это вынесенный вперёд блок в виде продолговатого шестиугольника (вот тут, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lunokhod-2_model.jpg , он в направлении фотографа, а вот тут, https://www.roscosmos.ru/29563/ — самый левый).
Собственно, вот он (image credit: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lunokhod-2_model.jpg , фрагмент) —
А вот фотография (с Луны!) установленного астронавтами Apollo-14 блока (image credit: NASA, https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2004/06may_lunarranging/ ) :