La connexion curieuse entre le squircle et le lemniscate
Explore la relation unique entre le squircle et le lemniscate en géométrie.
Zbigniew Fiedorowicz, Muthu Veerappan Ramalingam
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Table des matières
Si t'as déjà vu un squircle, tu t'es peut-être dit que c'est juste un terme classe pour un carré arrondi. Et le lemniscate ? Ça sonne comme un nouveau mouvement de danse, non ? Eh bien, ces deux formes ont des maths assez intéressantes derrière elles qui non seulement les relient, mais donnent aussi un aperçu amusant de la géométrie.
C'est quoi un Squircle ?
Imagine un carré qui a passé trop de temps au spa—bords arrondis et tout le tralala ! C'est ça, un squircle. C'est entre un cercle et un carré. Le squircle garde la forme de base d'un carré mais adoucit les coins en courbes. Ça donne une impression plus sympa qu'un carré normal, non ?
C'est quoi un Lemniscate ?
Maintenant, le lemniscate est un peu plus exotique. Visualise un symbole infini—ces deux boucles qui semblent se tordre et s'enrouler sans fin. C'est la forme générale d'un lemniscate. C'est une courbe pleine de virages, un peu comme essayer de suivre ta série détective préférée.
La Relation
Alors, que se passe-t-il quand on met notre squircle amical et le lemniscate tordu ensemble ? Étonnamment, ils partagent une connexion profonde. La surface du squircle peut même être liée à la longueur de l'arc d'un lemniscate. Pense à une amitié un peu étrange—deux formes qui se réunissent pour révéler quelque chose de cool.
Tu dois te demander, "Comment quelqu'un a pu découvrir ça ?" Eh bien, ça implique pas mal de maths complexes qui, pour être honnête, pourraient te faire tourner la tête plus vite que le lemniscate lui-même. Mais t'inquiète, on ne va pas plonger dans le grand bain ici.
Un peu de Géométrie
Quand des formes comme le squircle et le lemniscate interagissent, elles créent des motifs. Ces motifs peuvent être mesurés. Imagine un graphique circulaire—mais au lieu de parts de tarte, t'as des aires et des bords de courbes. Ça peut devenir assez intéressant.
Pour explorer cette relation, on utilise quelque chose appelé les Coordonnées polaires. Ça peut sembler un GPS classe pour les formes, mais c'est juste une autre façon de décrire des emplacements dans l'espace. Au lieu d'utiliser les coordonnées x et y, les coordonnées polaires utilisent des angles et des distances. Comme ça, on peut trouver nos squircles et lemniscates sans se perdre !
La Longueur de l'Arc et la Surface
Pour mieux comprendre cette relation, on peut penser aux surfaces et aux longueurs. Le squircle a une surface—comme combien de gâteau tu as si c'était un gâteau rond. Pendant ce temps, le lemniscate a sa longueur d'arc, comme mesurer la distance autour d'un ruban.
On pourrait dire que le squircle est un super endroit pour étaler ta surface, tandis que le lemniscate est occupé à tournoyer autour du ruban de sa longueur. Quand tu commences à mesurer ces quantités, quelque chose de magique se passe—les chiffres montrent une connexion entre eux.
Une Preuve Plus Simple
Maintenant, ne nous compliquons pas avec des trucs mathématiques trop lourds. Il y a une façon simple de prouver cette connexion qui ne nécessite pas trop de maths compliquées. Imagine que tu utilises une règle et un gabarit en carton de chaque forme. Et si tu traçais les bords du squircle et du lemniscate ? Tu commencerais à voir comment ils s'échoient en taille et en forme.
En termes simples, juste en déterminant les longueurs et les surfaces de ces deux formes, tu peux tirer des conclusions sans avoir besoin de plonger dans les eaux troubles des maths avancées. C'est presque comme faire un gâteau—suivez la recette et tu obtiendras un résultat délicieux !
Visualisation
Pour vraiment comprendre cette relation, voir c'est croire. Imagine deux images : l'une montrant le squircle et l'autre illustrant le lemniscate. Si tu peux voir les Zones ombragées et les lignes épaisses représentant les longueurs d'arc, ça commence à raconter une histoire.
Le squircle a une belle surface, tandis que le lemniscate se vante de ses longueurs d'arc. Quand tu mets les deux images côte à côte, tu peux presque les entendre discuter de leurs similitudes !
Un Peu d'Humour en Géométrie
Tu sais, les formes ont aussi des sentiments. Le squircle pense probablement qu'il est l'ami le plus accessible, tandis que le lemniscate est le cool avec ses torsades que tout le monde adore discuter. Mais ensemble ? Ils forment un sacré duo !
La Vue d'Ensemble
Alors, pourquoi tout ça est important ? Explorer les relations entre des formes simples ouvre des portes à des concepts mathématiques plus profonds. C'est comme trouver un nouveau chemin dans un quartier familier—tout d'un coup, tu remarques de nouveaux magasins et parcs que tu ne savais pas exister.
Comprendre comment ces formes se relient peut conduire à de nouvelles découvertes en géométrie, ce qui est clé dans divers domaines comme l'ingénierie, la physique et même les graphismes informatiques. Renforce tes connaissances et qui sait quelles applications étonnantes tu pourrais imaginer !
Connexions avec d'Autres Concepts
Ce n'est pas juste une histoire de deux formes. Ça touche à des idées plus grandes en maths. Par exemple, t'es-tu déjà demandé comment comprendre un concept peut t'aider avec d'autres ? C'est comme savoir faire du vélo qui pourrait t'aider à comprendre comment faire du skate.
Le squircle et le lemniscate font partie d'une plus grande famille de formes et de courbes. Ils se connectent avec des choses comme des cercles, des hyperboles, et des figures plus complexes. Chacun contribue au vaste monde des mathématiques, apportant sa saveur unique au mélange.
Dernières Pensées
Donc, la prochaine fois que tu vois un squircle ou un lemniscate, prends un moment pour apprécier leur amitié particulière. Ils sont plus que de simples formes ; ce sont de précieuses leçons en géométrie et en relations. Qui aurait cru que deux courbes pouvaient mener à une exploration si agréable des maths ?
Au final, les maths ne doivent pas être intimidantes. Elles peuvent être pleines de connexions, d'humour, et de surprises inattendues. Tout comme en regardant ce squircle et ce lemniscate, il s'agit de voir la vue d'ensemble et de profiter du processus. Bonne exploration !
Source originale
Titre: An Elementary Proof of a Remarkable Relation Between the Squircle and Lemniscate
Résumé: It is well known that there is a somewhat mysterious relation between the area of the quartic Fermat curve $x^4+y^4=1$, aka squircle, and the arc length of the lemniscate $(x^2+y^2)^2=x^2-y^2$. The standardproof of this fact uses relations between elliptic integrals and the gamma function. In this article we generalize this result to relate areas of sectors of the squircle to arc lengths of segments of the lemniscate. We provide a geometric interpretation of this relation and an elementary proof of the relation, which only uses basic integral calculus. We also discuss an alternate version of this kind of relation, which is implicit in a calculation of Siegel.
Auteurs: Zbigniew Fiedorowicz, Muthu Veerappan Ramalingam
Dernière mise à jour: 2024-12-06 00:00:00
Langue: English
Source URL: https://arxiv.org/abs/2411.19864
Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.19864
Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.
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Liens de référence
- https://www.youtube.com/watch?v=mAzIE5OkqWE&t=3s
- https://ia801605.us.archive.org/23/items/glejeunedirichl01dirigoog/glejeunedirichl01dirigoog.pdf
- https://ia601305.us.archive.org/14/items/exercicesdecalc00legegoog/exercicesdecalc00legegoog.pdf
- https://web.archive.org/web/20041220213524id_/
- https://math.berkeley.edu:80/~adlevin/Lemniscate.pdf
- https://www.youtube.com/watch?v=gjtTcyWL0NA
- https://www.researchgate.net/publication/303865545_Squigonometry_Hyperellipses_and_Supereggs
- https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_function
- https://en.wikipedia.org/wiki/Lemniscate_constant
- https://en.wikipedia.org/wiki/Lemniscate_elliptic_functions
- https://en.wikipedia.org/wiki/Squigonometry
- https://en.wikipedia.org/wiki/Squircle