星形线(astroid)或称为四尖瓣线(tetracuspid),是一个有四个
尖点的内
摆线,也属于
超椭圆的一种。
若让一个半径为的圆在一个半径为1的圆内部,延著圆的
圆周旋转,小圆圆周上的任一点形成的轨迹即为星形线。星形线的
参数方程为:
因此星形线为六次曲线,在实数平面上有四个尖瓣的
奇点,分别是星形线的四个顶点,在无限远处还有二个
复数的尖瓣的奇点,四个重根的复数奇点,因此星形线共有十个奇点。
最先对星形线进行研究是Johann Bernouli。星形线由于有四个尖端,所以有时也被称为四尖内摆线(tetracuspid)。星形线于1836年被正式定名,首次出现在正式出版的图书(出版于
维也纳)中。星形线还有许多有趣的名称:cubocycloid和paracycle。
星形线的
周长为6*a,它所包围的面积为. 它与x轴围成的区域绕x轴旋转而成的
旋转体体积为
若星形线上某一点
切线为T,则其
斜率为tan(p),其中p为极坐标中的参数。相应的切线
方程为
我们知道,世界上有许多伟大的建筑,门的设计也是建筑家特别注意的。但是,最普通的门只有两种:完整一扇和
A1纸的两扇。普通的房门是完整的一扇,一般的校门是对开的两扇,而公共汽车的门不但是对开的两扇,而且每一扇都由相同的两半用链铰接而成。开门关门时,以靠近门轴的半扇绕着门轴旋转,另半扇的外端沿着连接两个门轴的滑槽滑动,开门时一扇门折拢成为半扇,关门时又重新伸展成一扇。公共汽车的这个特殊门是根据星形线设计制造的。
星形线像夜空中光芒四射的星星,因此得名。在纸上任意作若干条长度为R的
线段,使它们的两端分别在x轴和y轴上,然后在每一
象限角里画一段光滑的曲线弧,使它们与这些线段相切,这样一条星形线就画出来了。由画图过程可以看出,星形线是由一组直线包络构成的。
一扇折叠式的公共汽车车门可以表示成平面形式,其中O是门轴,OB为滑槽。在车门开闭过程中,定长BC的两端分别沿x轴和y轴滑动,因此可得到一条星形线,但由于车门只是在第一象限活动,所以一扇车门实际活动的过程如上图的形状,它是由圆弧MN和星形线弧NP构成。也就是说这扇车门活动的范围,由
扇形OMN的面积、三角形ONQ的面积与星形线弧所组成的曲边三角形面积的和所组成。根据计算,它的总面积为。而一扇宽度为2a的普通车门开关的过程形成一条以2a为半径的 圆弧,它的面积为。因此一扇折叠式车门所占的地方只占普通车门的,大大节约了空间,使车辆能载更多的乘客。