профессор, доктор технических наук, профессор кафедры прикладной математики
Doctor of Science, Professor, Professor of the Applied Mathematics Chair,
Moscow
В работе исследуются геометрические свойства сопряженных круговых дуг, соединяющих две точки на плоскости, с заданными в них направлениями касательных векторов. Показано, что пары сопряженных дуг с одинаковыми условиями в граничных точках образуют однопараметрическое множество гладких кривых, плотно заполняющих всю плоскость. Одним из основных свойств этого множества является то, что все точки сопряжения круговых дуг лежат на окружности, проходящей через изначально заданные точки. Радиус окружности зависит от направления касательных векторов. Любая точка этой окружности, названная в данной работе вспомогательной, однозначно определяет пару сопряженных дуг с заданными граничными условиями. Еще одно свойство вспомогательной окружности состоит в том, что она делит плоскость на две части. Дуги, выходящие из начальной точки, лежат вне круга, ограниченного этой окружностью, а дуги, приходящие в конечную точку - внутри него. Эти свойства положены в основу предложенного в данной статье метода построения сопряженных круговых дуг. Алгоритм достаточно простой и позволяет выполнить все необходимые построения, пользуясь только циркулем и линейкой. Рассмотрены два конкретных примера. Первый относится к задаче построения пары спряженных дуг с минимальным скачком кривизны при прохождении через точку сопряжения. Второй демонстрирует возможность построения гладкой кривой, проходящей через любые три точки на плоскости, при условии, что в начальной и конечной точках заданы направления касательных векторов. Предложенный метод построения сопряженных круговых дуг может найти применение при решении широкого круга задач, связанных с построением криволинейных контуров, например лекальных кривых в текстильной промышленности или в системах автоматизированного проектирования при программировании станков с числовым программным управлением.
The geometric properties of conjugated circular arcs connecting two points on the plane with set directions of tan- gent vectors are studied in the work. It is shown that pairs of conjugated circular arcs with the same conditions in frontier points create one-parameter set of smooth curves tightly filling all the plane. One of the basic properties of this set is the fact that all coupling points of circular arcs are on the circular curve going through the initially given points. The circle radius depends on the direction of tangent vectors. Any point of the circle curve, named auxiliary in this work, determines a pair of conjugated arcs with given boundary conditions. One more condition of the auxiliary circle curve is that it divides the plane into two parts. The arcs going from the initial point are out of the circle limited by this circle curve and the arcs coming to the final point are inside it. These properties are the basis for the method of conjugated circular arcs tracing pro- posed in this article. The algorithm is rather simple and allows to fulfill all the needed plottings using only the divider and ruler. Two concrete examples are considered. The first one is related to the problem of tracing of a pair of conjugated arcs with the minimal curve jump when going through the coupling point. The second one demonstrates the possibility of trac- ing of the smooth curve going through any three points on the plane under condition that in the initial and final points the directions of tangent vectors are given. The proposed methods of conjugated circular arcs tracing can be applied in solving of a wide variety of problems connected with the tracing of cam contours, for example pattern curves in textile industry or in computer-aided-design systems when programming of looms with numeric control.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.