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參數方程 - 维基百科,自由的百科全书

用参数方程可以很容易表示出的蝶形线

參數方程(英語:Parametric equation)和函數相似,都是由一些在指定的集合,稱為參數自變數,以決定因變數的結果。例如在運動學,參數通常是「時間」,而方程的結果是速度、位置等。

一般地,在平面直角坐标系中,如果曲线上任意一点的坐标{\displaystyle x}{\displaystyle y}都是某个变数{\displaystyle t}的函数:

{\displaystyle {\begin{cases}x=f(t)\\y=g(t)\end{cases}}}

并且对于{\displaystyle t}的每一个允许的取值,由方程组确定的点{\displaystyle (x,y)}都在这条曲线上,那么这个方程就叫做曲线的参数方程,联系变数{\displaystyle x}{\displaystyle y}的变数{\displaystyle t}叫做参变数,简称参数。相对而言,直接给出点坐标间关系的方程叫普通方程。

例子

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{\displaystyle x=a\cos(t),y=a\sin(t)},表示了平面上半徑為{\displaystyle a}、以原點為圓心的。在三維,加入{\displaystyle z=bt},便是螺旋的圖形。這些式子可以表示成:

{\displaystyle r(t)=(x(t),y(t),z(t))=(a\cos(t),a\sin(t),bt)\,}

如果有一個粒子,沿這個螺旋的路徑而行,直接微分上面的式子便會得到粒子的速度:

{\displaystyle v(t)=r'(t)=(x'(t),y'(t),z'(t))=(-a\sin(t),a\cos(t),b)\,}

加速度

{\displaystyle a(t)=r''(t)=(x''(t),y''(t),z''(t))=(-a\cos(t),-a\sin(t),0)\,}

參數曲線亦可以是多於一個參數的函數。例如參數表面是兩個參數{\displaystyle (s,t)}{\displaystyle (u,v)}的函數。

譬如一個圓柱:

{\displaystyle r(u,v)=(x(u,v),y(u,v),z(u,v))=(a\cos(u),a\sin(u),v)\,}

参数是参变数的简称。它是研究运动等一类问题中产生的。质点运动时,它的位置必然与时间有关系,也就是说,质的坐标{\displaystyle x}{\displaystyle y}与时间{\displaystyle t}之间有函数关系{\displaystyle x=f(t)}{\displaystyle y=g(t)},这两个函数式中的变量{\displaystyle t},相对于表示质点的几何位置的变量{\displaystyle x}{\displaystyle y}来说,就是一个“参与的变量”。这类实际问题中的参变量,被抽象到数学中,就成了参数。我们所学的参数方程中的参数,其任务在于沟通变量{\displaystyle x}{\displaystyle y}及一些常量之间的联系,为研究曲线的形状和性质提供方便。

用参数方程描述运动规律时,常常比用普通方程更为直接简便。对于解决求最大射程、最大高度、飞行时间或轨迹等一系列问题都比较理想。有些重要但较复杂的曲线(例如圆的渐开线),建立它们的普通方程比较困难,甚至不可能,列出的方程既复杂又不易理解,如圆的渐开线的普通方程。

根据方程画出曲线十分费时;而利用参数方程把两个变量{\displaystyle x}{\displaystyle y}间接地联系起来,常常比较容易,方程简单明确,且画图也不太困难。

常见参数方程

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{\displaystyle {\begin{cases}x=r\cos t\\y=r\sin t\end{cases}}}

由于已知的技术原因,图表暂时不可用。带来不便,我们深表歉意。

圓形參數方程在{\displaystyle r=1}的情形。

注:上文中的{\displaystyle a,b,c,h,k,l,m,p,r,x_{0},y_{0},u,v}为已知数,{\displaystyle t}都为参数,{\displaystyle x}{\displaystyle y}为变量

參見

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