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情(píng)人(ān)節(yè) ? 有人推妹子,有人推公式……

【這是一個不定期更新的心形方程輯錄】

推薦一個外文的輯錄網站:Heart Curve(內含鏈接頗多!)

以下介紹的式子註明的作者都是考據過的~

如果你發現了一個在下面找不到本質相同的心形圖像,歡迎評論添加!

1. 以心臟線為代表的簡單旋轉線

r=1-sin(theta)

心臟線實際上是一條古老的數學曲線,而不是由笛卡爾創造的。

心(pì)臟(gǔ)線是一條典型的外擺線,」心臟「(cardioid)這個詞由 1741 年 Giovanni Salvemini 使用並推廣(而早在 1650 年笛卡爾就掛了……)。

始終覺得這個曲線不像心形,後來覺得它連屁股都不像= =維基上說是個去柄的蘋果,嗯,這個倒挺像的。

心形線在生活當中也挺常見,例如戒指、杯子內部的反光:

這個包絡線是心臟線的證明參見維基百科:Caustic (mathematics)

另外,Mandelbrot 集的一個主要部分也是心臟線:

另一個常見的心形旋轉線是r=1-sinleft(frac{theta}{2}right)

所謂「四葉草線」也很常見:r=1+cos(ntheta )+sin^2(ntheta )

當 n=7 時:

基於旋轉線,多項式與正弦函數乘機的參數方程形式也很流行,例如:

x=(1-t^2)sin(t),y=(1-t^2)cos(t)

也有更崎嶇的扭法:

r=sqrt{frac{1-sin(theta)}{2} }+e^{-10|theta -frac{3pi}{2}|-1.8}

也可以用我們之前得到的三角波:

r=2+arcsin(sin(-theta ))

2. 基於圓的變形

基本形式是在以原點為圓心的圓的 y 軸方向上加一個偶函數的偏移。

冪函數類由 El - Milick,在 1993 年巴黎的《Elements d Algebre Ornementale》上提出:

left(y-x^{frac{2}{3}}right)^2+x^2=1

這也就是之前介紹函數波紋的文章當中所用到的心形「函數」。

Thomas Jahre 提出可以冪函數換成分式函數:y=frac{x^2+|x|-6}{x^2+|x|+2}

當然也可以使用更加崎嶇的東西……例如y=sin^{frac{6}{7}}(sin(x))……

圓也可以換成其他是「圈兒」的東西。

3. 基於圓和其他曲線的拼接

這一類非常簡單。構建參見之前介紹數學圖像拼圖的文章

比較有趣的是折線所構成的部分,他們可以用一連串的絕對值函數組合求出邊緣:

供圖的同學我實在找不到你了……

4. 基於對稱

橢圓的對稱本質上和前面的第二類是一樣的:

(y-frac{|x|}{2})^2+x^2=4

但是咱們還可以把拋物線、對數曲線、螺線對稱來得到心形。

例如等速螺線的對稱:r=frac{|theta|}{pi}

多項式螺線的對稱:r=(1-|theta|)(1+3|theta|)

(挺像是葉片上有一個心形……感覺萌萌噠……)

也可以基於等速螺線,直接用多項式作為變形:r=(1-theta )(3-theta )

分式螺線的對稱:r=frac{1-|theta |}{1+3|theta |}

我們還可以用這些來得到「圈兒」,再用第二類當中的扭曲來得到心形。

|x|=2-(y-x^{frac{2}{3}})^2(拋物線對稱得到「圈」,再進行扭曲)

我見過最奇葩的長這樣:y=left(sqrt{|x|} -0 .7 pm sqrt{cos(x)}right) (4 - x^2)^{0.01}

(本分類歡迎簡潔的、新的造圈和扭曲的方法)

5. 基於 Rapha?l Laporte 的心形曲線參數方程

Rapha?l Laporte 在 1993 年給出的心形曲線參數方程:

x=sin^3(t),y=cos(t)-cos^4(t)

這個式子也經常被拆成傅里葉級數的形式,實際上之前介紹本均輪的文章中使用就是這個參數方程。

6. 基於 Eugen Beutel 的心形曲線方程

Eugen Beutel : Algebraische Kurven, G.J. G?schen, Leipzig 1909-11

這個式子非常經典:(x^2+y^2-1)^3=x^2y^3

不過,已經有人把它玩壞了……

7. 基於 Taubin 的心形曲面方程

Taubin 在1993年給出了一個三維的心型曲面方程:

(x^2+frac{9}{4} y^2+z^2-1)^3=x^2z^3+frac{9}{80} y^2z^3

8. 暫未分類的平面心形曲線(歡迎指正分析)

  • 參數方程類

    Torsten Sillke:x=tcdot sinleft(frac{pi sin(t)}{t}right),y=-|t|cosleft(frac{pi sin(t)}{t}right)

    Eric W.Weisstein:x = sin (t) cos (t) ln | t |,y = | t |^{0.3}sqrt{cos (t)}

    Pierre Daniel (2013) :x=pm sqrt{frac{(1-t^2)^3}{1+t^2}},y=frac{4t}{1+t^2}-t^2

  • 極坐標類

    Dwight Boddorf (2008):r=|tantheta |^{|cottheta |}

  • 直角坐標系類

    (暫時沒有新發現~)

PS.

你想要力量嗎?

left(left(frac{left(left|3x-ysin left(frac{y^2}{2}right)right|+y+frac{3}{(4-y)^2}-1right)^4}{16}+2left|x-frac{y}{3}sin left(frac{y^2}{2}right)right|-frac {3y}{1+16e^{-4(2.2-y)^2}}+frac{1}{(4-y)^2}-4right)left(left(left|3x-ysin left(frac{y^2}{2}right)right|right)+y+frac{3}{(4-y)^2}-3right)^2+4left(y-4left|x-frac{y}{3}sin left(frac{y^2}{2}right)right|-frac{1}{(4-y)^2}+1right)^2-1right)+4=0

另附分手函數:

(標題充分說明了拖延症加上亂序工作帶來的後果……所以……大家想表白的趕緊去表白吧!)


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