सुपरइलिप्स

सुपरलेलिप्स के उदाहरण $a=1,\ b=0.75$

एक सुपरलिप्स, जिसे गेब्रियल लैम के बाद लैम कर्व के रूप में भी जाना जाता है, दीर्घवृत्त जैसा दिखने वाला एक बंद वक्र है, जो अर्ध-प्रमुख अक्ष और अर्ध-लघु अक्ष की ज्यामितीय विशेषताओं और उनके बारे में समरूपता को बनाए रखता है, लेकिन एक अलग समग्र आकार है।

कार्तीय निर्देशांक प्रणाली में, वक्र पर सभी बिंदुओं $(x,y)$ का समुच्चय समीकरण को संतुष्ट करता है।

$\left|{\frac {x}{a}}\right|^{n}\!\!+\left|{\frac {y}{b}}\right|^{n}\!=1,$

जहाँ $n,a$ और $b$ धनात्मक संख्याएँ हैं, और एक संख्या के चारों ओर खड़ी पट्टियाँ संख्या के पूर्ण मान को दर्शाती हैं।

विशिष्ट मामले

यह सूत्र आयत −a ≤ x ≤ +a और −b ≤ y ≤ +b में निहित एक बंद वक्र को परिभाषित करता है। प्राचलों a और b को वक्र का अर्ध-व्यास कहा जाता है।

वक्र का समग्र आकार घातांक n के मान द्वारा निर्धारित किया जाता है, जैसा कि निम्नलिखित तालिका में दिखाया गया है:

$0<n<1$	सुपरलिप्स अवतल (अंदर की ओर घुमावदार) भुजाओं वाले चार-सशस्त्र तारे की तरह दिखता है। n = 1/2 के लिए, विशेष रूप से, चार चापों में से प्रत्येक परवलय का एक खंड है। एक एस्ट्रोइड विशेष मामला a = b, n = 2/3 है।	File:Superellipse star.svg सुपरलिप्स के साथ n = 1⁄2, a = b = 1
$n=1$	वक्र एक समचतुर्भुज है जिसके कोने (±a, 0) और (0, ±b) हैं।
$1<n<2$	वक्र समान कोनों के साथ लेकिन उत्तल (बाहर की ओर घुमावदार) पक्षों के साथ एक समचतुर्भुज जैसा दिखता है। वक्रता बिना किसी सीमा के बढ़ जाती है क्योंकि कोई अपने चरम बिंदुओं पर पहुंचता है।	File:Superellipse rounded diamond.svg सुपरलिप्स के साथ n = 3⁄2, a = b = 1
$n=2$	वक्र एक साधारण दीर्घवृत्त है (विशेष रूप से, एक वृत्त यदि a = b)।
$n>2$	वक्र सतही रूप से गोल कोनों के साथ एक आयत की तरह दिखता है। बिंदुओं (±a, 0) और (0, ±b) पर वक्रता शून्य होती है।	File:Superellipse chamfered square.svg स्क्विर्कल, के साथ सुपरलिप्सn = 4, a = b = 1

यदि n < 2, आकृति को हाइपोएलिप्स भी कहा जाता है; अगर n > 2, एक हाइपरलिप्स।

जब n ≥ 1 और a = b, सुपरलिप्स n-नॉर्म में R2 की गेंद की सीमा होती है।

सुपरलिप्स के चरम बिंदु हैं (±a, 0) और (0, ±b), और इसके चार "कोने" हैं (±sa, ±sb), जहां $s=2^{-1/n}$ (कभी-कभी "सुपरनेस" कहा जाता है ")।

गणितीय गुण

जब n एक सकारात्मक परिमेय संख्या p/q (न्यूनतम शब्दों में) है, तो सुपरलिप्स का प्रत्येक चतुर्भुज क्रम pq का एक बीजगणितीय वक्र है। विशेष रूप से, जब a = b = 1 और n एक सम पूर्णांक है, तो यह डिग्री n का फर्मेट वक्र है। उस मामले में यह गैर-एकवचन है, लेकिन सामान्य तौर पर यह एक बीजगणितीय किस्म का एकवचन बिंदु होगा। यदि अंश सम नहीं है, तो वक्र को एक ही बीजगणितीय वक्र के भागों से विभिन्न अभिविन्यासों में एक साथ जोड़ा जाता है।

वक्र पैरामीट्रिक समीकरणों द्वारा दिया गया है (पैरामीटर के साथ $t$ कोई प्राथमिक ज्यामितीय व्याख्या नहीं है)

$\left.{\begin{aligned}x\left(t\right)&=\pm a\cos ^{\frac {2}{n}}t\\y\left(t\right)&=\pm b\sin ^{\frac {2}{n}}t\end{aligned}}\right\}\qquad 0\leq t\leq {\frac {\pi }{2}}$

जहां प्रत्येक ± को अलग-अलग चुना जा सकता है ताकि प्रत्येक मान $t$ वक्र पर चार अंक देता है। समान रूप से, दे रहा है $t$ सीमा से अधिक $0\leq t<2\pi ,$

${\begin{aligned}x\left(t\right)&={|\cos t|}^{\frac {2}{n}}\cdot a\operatorname {sgn}(\cos t)\\y\left(t\right)&={|\sin t|}^{\frac {2}{n}}\cdot b\operatorname {sgn}(\sin t)\end{aligned}}$

जहां साइन समारोह है

$\operatorname {sgn}(w)={\begin{cases}-1,&w<0\\0,&w=0\\+1,&w>0.\end{cases}}$

यहां $t$ सकारात्मक क्षैतिज अक्ष और मूल से बिंदु तक किरण के बीच का कोण नहीं है, क्योंकि पैरामीट्रिक अभिव्यक्तियों में इस कोण की स्पर्शरेखा y/x के बराबर होती है ${\textstyle {\frac {y}{x}}={\frac {b}{a}}(\tan t)^{2/n}\neq \tan t.}$ सुपरलिप्स के अंदर के क्षेत्र को गामा समारोह के रूप में व्यक्त किया जा सकता है

$\mathrm {Area} =4ab{\frac {\left(\Gamma \left(1+{\tfrac {1}{n}}\right)\right)^{2}}{\Gamma \left(1+{\tfrac {2}{n}}\right)}},$

या बीटा समारोह के संदर्भ में

$\mathrm {Area} ={\frac {4ab}{n}}\mathrm {B} \!\left({\frac {1}{n}},{\frac {1}{n}}+1\right).$

पेडल वक्र गणना करने के लिए अपेक्षाकृत सरल है। विशेष रूप से, का पेडल

$\left|{\frac {x}{a}}\right|^{n}\!+\left|{\frac {y}{b}}\right|^{n}\!=1,$

द्वारा ध्रुवीय निर्देशांक में दिया गया है

$(a\cos \theta )^{\tfrac {n}{n-1}}+(b\sin \theta )^{\tfrac {n}{n-1}}=r^{\tfrac {n}{n-1}}.$

सामान्यीकरण

File:Superellipse-m-n.svg

विभिन्न प्रतिपादकों के साथ एक सुपरलिप्स के रूपांतर

सुपरलिप्स को आगे सामान्यीकृत किया गया है:

$\left|{\frac {x}{a}}\right|^{m}\!\!+\left|{\frac {y}{b}}\right|^{n}\!=1;\qquad m,n>0.$

या

${\begin{aligned}x\left(t\right)&={\left|\cos t\right|}^{\frac {2}{m}}\cdot a\operatorname {sgn}(\cos t)\\y\left(t\right)&={\left|\sin t\right|}^{\frac {2}{n}}\cdot b\operatorname {sgn}(\sin t).\end{aligned}}$

ध्यान दें कि $t$ एक पैरामीटर है जो प्रारंभिक कार्यों के माध्यम से भौतिक कोण से जुड़ा नहीं है।

इतिहास

प्रपत्र का सामान्य कार्तीय संकेत फ्रांसीसी गणितज्ञ गेब्रियल लैम (1795-1870) से आता है, जिन्होंने दीर्घवृत्त के लिए समीकरण को सामान्यीकृत किया।

ज़ैफ़ के मेलियर टाइपफ़ेस में 'ओ' और 'ओ' अक्षरों की बाहरी रूपरेखाओं को एन = के साथ सुपरलिप्स द्वारा वर्णित किया गया है log(1/2) / log (7/9) ≈ 2.758

1952 में प्रकाशित हरमन जैफ का टाइपफ़ेस मेलिओर (टाइपफेस), ओ जैसे अक्षरों के लिए सुपरलिप्स का उपयोग करता है। तीस साल बाद डोनाल्ड नुथ अपने कंप्यूटर आधुनिक प्रकार के परिवार में सच्चे दीर्घवृत्त और सुपरलिप्स (दोनों घनीय पट्टी द्वारा अनुमानित) के बीच चयन करने की क्षमता का निर्माण करेंगे।

सुपरलिप्स का नाम डेनमार्क के कवि और वैज्ञानिक पीट हेन (डेनमार्क) (1905-1996) द्वारा रखा गया था, हालांकि उन्होंने इसकी खोज नहीं की जैसा कि कभी-कभी दावा किया जाता है। 1959 में, स्टॉकहोम, स्वीडन में शहर के योजनाकारों ने अपने शहर के वर्ग सर्गल स्क्वायर में एक गोलचक्कर के लिए एक डिजाइन चुनौती की घोषणा की। पीट हेन का विजयी प्रस्ताव n = 2.5 और a/b = 6/5 के साथ सुपरलिप्स पर आधारित था। जैसा कि उन्होंने इसे समझाया:

मनुष्य वह जानवर है जो रेखाएँ खींचता है जिन पर वह खुद ही ठोकर खा जाता है। सभ्यता के पूरे पैटर्न में दो प्रवृत्तियाँ रही हैं, एक सीधी रेखाओं की ओर और एक आयताकार पैटर्न की ओर और एक वृत्ताकार रेखाओं की ओर। दोनों प्रवृत्तियों के यांत्रिक और मनोवैज्ञानिक कारण हैं। सीधी रेखाओं से बनी चीजें एक साथ अच्छी तरह से फिट होती हैं और जगह बचाती हैं। और हम आसानी से - शारीरिक या मानसिक रूप से - गोल रेखाओं से बनी चीजों के आसपास घूम सकते हैं। लेकिन हम एक कठोर स्थिति में हैं, एक या दूसरे को स्वीकार करना पड़ रहा है, जब अक्सर कोई मध्यवर्ती रूप बेहतर होता है। कुछ फ्रीहैंड बनाने के लिए - जैसे पैचवर्क ट्रैफिक सर्कल उन्होंने स्टॉकहोम में कोशिश की - नहीं करेंगे। यह निश्चित नहीं है, एक वृत्त या वर्ग की तरह निश्चित नहीं है। आप नहीं जानते कि यह क्या है। यह सौंदर्य की दृष्टि से संतोषजनक नहीं है। सुपर-एलीपसे ने समस्या हल की। यह न तो गोल है और न ही आयताकार, बल्कि बीच में है। फिर भी यह निश्चित है, यह निश्चित है - इसमें एक एकता है।

Sergels Torg 1967 में बनकर तैयार हुआ था। इस बीच, पीट हेन ने अन्य कलाकृतियों, जैसे बिस्तर, व्यंजन, टेबल आदि में सुपरलिप्स का उपयोग करना जारी रखा। सबसे लंबी धुरी के चारों ओर एक सुपरलिप्स घुमाकर, उन्होंने superegg बनाया, एक ठोस अंडे जैसा आकार जो एक सपाट सतह पर सीधा खड़ा हो सकता था, और एक नवीनता वस्तु के रूप में विपणन किया गया था।

1968 में, जब वियतनाम युद्ध के लिए पेरिस में वार्ताकार बातचीत की मेज के आकार पर सहमत नहीं हो सके, बालिंस्की, कीरोन अंडरवुड और होल्ट ने न्यूयॉर्क टाइम्स को लिखे एक पत्र में एक सुपरलिप्टिकल टेबल का सुझाव दिया। सुपरलिप्स का उपयोग मेक्सिको सिटी में 1968 एज़्टेक स्टेडियम के आकार के लिए किया गया था। वाल्डो आर. टॉबलर ने एक नक्शा प्रक्षेपण विकसित किया, Tobler hyperelliptical प्रक्षेपण, 1973 में प्रकाशित हुआ, जिसमें मेरिडियन (भूगोल) सुपरलिप्स के चाप हैं।

समाचार कंपनी स्थानीय के लिए लोगो में सर्गल्स टोरग के अनुपात से मेल खाने वाला एक झुका हुआ सुपरलिप्स होता है। पिट्सबर्ग स्टीलर्स के लोगो में तीन कनेक्टेड सुपरलिप्स का उपयोग किया जाता है।

कंप्यूटिंग में, मोबाइल ऑपरेटिंग सिस्टम iOS ऐप आइकन के लिए एक सुपरलिप्स कर्व का उपयोग करता है, जो गोलाकार कोनों की शैली को संस्करण 6 तक उपयोग करता है।

यह भी देखें

• एस्ट्रॉयड, एन = के साथ सुपरलिप्स2⁄3 और ए = बी, चार क्यूप्स वाला हाइपोसाइक्लॉइड है।
  • डेल्टॉइड वक्र, तीन क्यूप्स का हाइपोसाइक्लॉइड।
• स्क्विर्कल, n = 4 और a = b वाला सुपरएलिप्स, द फोर-कोर्नर्ड व्हील जैसा दिखता है।
  • रेलेक्स त्रिकोण, तीन कोनों वाला पहिया।
• सुपर फॉर्मूला, सुपरएलिप्सिड का एक सामान्यीकरण।
• सुपरक्वाड्रिक्स और सुपरलेलिप्सोइड्स, सुपरलेलिप्स के त्रि-आयामी रिश्तेदार।
• सुपरएलिप्टिक वक्र, फॉर्म Y का समीकरण^{एन </सुप> = एफ(एक्स).}
• एलपी स्पेस|एल^{पी </सुप> रिक्त स्थान}
• सुपरेलिप्सिड

संदर्भ

• Barr, Alan H. (1983), Geometric Modeling and Fluid Dynamic Analysis of Swimming Spermatozoa, Rensselaer Polytechnic Institute (Ph.D. dissertation using superellipsoids)
• Barr, Alan H. (1992), "Rigid Physically Based Superquadrics", in Kirk, David (ed.), Graphics Gems III, Academic Press, pp. 137–159 (code: 472–477), ISBN 978-0-12-409672-1
• Gielis, Johan (2003), Inventing the Circle: The Geometry of Nature, Antwerp: Geniaal Press, ISBN 978-90-807756-1-9

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बाहरी कड़ियाँ

• Sokolov, D.D. (2001) [1994], "Lamé curve", Encyclopedia of Mathematics, EMS Press
• "Lamé Curve" at MathCurve.
• Weisstein, Eric W. "Superellipse". MathWorld.
• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Lame Curves", MacTutor History of Mathematics archive, University of St Andrews
• "Super Ellipse" on 2dcurves.com
• Superellipse Calculator & Template Generator
• C code for fitting superellipses