Круги Аполлония


Круги Аполлония представляют собой любой из нескольких наборов кругов, связанных с Аполлонием Пергским , известным греческим геометром . Большинство этих кругов найдено в плоской евклидовой геометрии , но аналоги были определены и на других поверхностях; например, дубликаты на поверхности сферы могут быть определены через стереографическую проекцию .

Окружность обычно определяется как множество точек P на заданном расстоянии r (радиус окружности) от данной точки (центра окружности). Однако существуют и другие эквивалентные определения круга. Аполлоний обнаружил, что окружность может быть определена как множество точек P , имеющих заданное отношение расстояний k  =  d 1 / d 2 до двух заданных точек (обозначенных A и B на рис. 1). Эти две точки иногда называют фокусами .

Пусть d 1 , d 2 — неравные положительные действительные числа. Пусть C — внутренняя точка деления AB в отношении d 1  : d 2 , а D — внешняя точка деления AB в том же отношении d 1  : d 2 .

Сначала рассмотрим точку на отрезке между и , удовлетворяющую соотношению. По определению

Затем возьмите другую точку на продолженной линии , которая удовлетворяет соотношению. Так

Задача преследования Аполлония заключается в том, чтобы найти, где корабль, выходящий из одной точки A со скоростью v A , перехватит другой корабль, выходящий из другой точки B со скоростью v B . Минимальный перехват двух кораблей осуществляется с помощью прямолинейных траекторий. Если скорости кораблей остаются постоянными, их соотношение скоростей определяется μ. Если оба корабля сталкиваются или встречаются в будущей точке I , то расстояния каждого из них связаны уравнением: [1]


Рисунок 1. Определение круга Аполлонием.
Доказательство определения круга Аполлонием
Рис. 2. Набор аполлоновых кругов. Каждый синий круг пересекает каждый красный круг под прямым углом, и наоборот. Каждый красный кружок проходит через два фокуса, соответствующие точкам А и В на рисунке 1.
Проблема Аполлония может иметь до восьми решений. Три заданных круга показаны черным цветом, а круги решений окрашены.
Рис. 4. Симметричная аполлонова прокладка, также называемая упаковкой Лейбница, в честь ее изобретателя Готфрида Лейбница .