swirl function Maple plot
螺旋函数 (Swirl function)是一个以三角函数 定义的特殊函数 [ 1] :
S ( k , n , r , θ ) = s i n ( k * c o s ( r ) − n * θ )
其中k,n均为整数。k与螺旋叶的长度与形状有关,n为螺旋的叶片数。
对称性
镜像对称
S ( k , n , r , θ ) 与S ( k , − n , r , θ ) 互为镜像对称.
f ( − k , n , r , θ ) = − f ( k , n , r , − θ )
f ( − k , n , r , θ ) = − f ( k , − n , r , θ )
f ( − k , − n , r , θ ) = − f ( k , n , r , θ )
f ( − k , n , r , − θ ) = − f ( k , n , r , θ )
f ( − k , n , r , θ ) = − f ( k , n , − r , − θ )
f ( − k , n , − r , − θ ) = − f ( k , n , r , θ )
f ( − k , − n , − r , θ ) = − f ( k , n , r , θ )
f ( − k , n , − r , − θ ) = − f ( k , n , r , θ )
全对称
f ( k , − n , r , θ ) = f ( k , n , r , − θ )
f ( k , − n , r , − θ ) = f ( k , n , r , θ )
f ( k , − n , − r , − θ ) = f ( k , n , r , θ )
f ( k , n , − r , θ ) − f ( k , n , r , θ )
旋转对称
S ( k , n , r , θ + 2 π n ) = S ( k , n , r , θ )
级数展开
S ( k , n , r , θ ) ≈ s i n ( k − n * θ ) − ( 1 / 2 ) * c o s ( k − n * θ ) * k * r 2 + ( − ( 1 / 8 ) * s i n ( k − n * θ ) * k 2 + ( 1 / 2 4 ) * c o s ( k − n * θ ) * k ) * r 4 + ( ( 1 / 4 8 ) * s i n ( k − n * θ ) * k 2 + c o s ( k − n * θ ) * ( − ( 1 / 7 2 0 ) * k + ( 1 / 4 8 ) * k 3 ) ) * r 6 + O ( r 8 )
S ( k , n , r , θ ) ≈ s i n ( k * c o s ( r ) ) − c o s ( k * c o s ( r ) ) * n * θ − ( 1 / 2 ) * s i n ( k * c o s ( r ) ) * n 2 * θ 2 + ( 1 / 6 ) * c o s ( k * c o s ( r ) ) * n 3 * θ 3 + ( 1 / 2 4 ) * s i n ( k * c o s ( r ) ) * n 4 * θ 4 − ( 1 / 1 2 0 ) * c o s ( k * c o s ( r ) ) * n 5 * θ 5 − ( 1 / 7 2 0 ) * s i n ( k * c o s ( r ) ) * n 6 * θ 6 + ( 1 / 5 0 4 0 ) * c o s ( k * c o s ( r ) ) * n 7 * θ 7 + ( 1 / 4 0 3 2 0 ) * s i n ( k * c o s ( r ) ) * n 8 * θ 8 + O ( θ 9 )
与其他特殊函数关系
S ( k , n , r , θ ) = ( n x arccos ( x ) + 1 / 2 π ) K u m m e r M ( 1 , 2 , i ( 2 n x arccos ( x ) + π ) ) e 1 / 2 i ( 2 n x arccos ( x ) + π )
S ( k , n , r , θ ) = − i ( 2 n x arccos ( x ) + π ) W h i t t a k e r M ( 0 , 1 / 2 , i ( 2 n x arccos ( x ) + π ) ) 4 n x arccos ( x ) + 2 π
S ( k , n , r , θ ) = − 1 / 2 i ( − 1 + e i ( 2 n x arccos ( x ) + π ) ) e 1 / 2 i ( 2 n x arccos ( x ) + π )
S ( k , n , r , θ ) = − n x 2 𝐻 𝑒 𝑢 𝑛 𝐵 ( 2 , 0 , 0 , 0 , 2 1 / 2 i ( 2 n x ( 1 / 2 π − x 𝐻 𝑒 𝑢 𝑛 𝐶 ( 0 , 1 / 2 , 0 , 0 , 1 / 4 , x 2 x 2 − 1 ) 1 1 − x 2 ) + π ) ) 𝐻 𝑒 𝑢 𝑛 𝐶 ( 0 , 1 / 2 , 0 , 0 , 1 / 4 , x 2 x 2 − 1 ) 1 1 − x 2 ( e − 1 / 2 i ( − n x π 1 − x 2 + 2 n x 2 𝐻 𝑒 𝑢 𝑛 𝐶 ( 0 , 1 / 2 , 0 , 0 , 1 / 4 , x 2 x 2 − 1 ) − π 1 − x 2 ) 1 1 − x 2 ) − 1 + 1 / 2 π ( n x + 1 ) 𝐻 𝑒 𝑢 𝑛 𝐵 ( 2 , 0 , 0 , 0 , 2 1 / 2 i ( 2 n x ( 1 / 2 π − x 𝐻 𝑒 𝑢 𝑛 𝐶 ( 0 , 1 / 2 , 0 , 0 , 1 / 4 , x 2 x 2 − 1 ) 1 1 − x 2 ) + π ) ) ( e − 1 / 2 i ( − n x π 1 − x 2 + 2 n x 2 𝐻 𝑒 𝑢 𝑛 𝐶 ( 0 , 1 / 2 , 0 , 0 , 1 / 4 , x 2 x 2 − 1 ) − π 1 − x 2 ) 1 1 − x 2 ) − 1
图例
螺旋叶数与镜像对称
7,-2
7,2
7,-4
7,4
7,-6
7,6
7,-8
7,8
7,-10
7,10
7,-12
7,12
螺旋叶形
0,4
1,4
2,4
7,4
-5,4
-9,4
30,4
参考文献
↑ Trott, M. Graphica 1: The World of Mathematica Graphics. The Imaginary Made Real: The Images of Michael Trott. Champaign, IL: Wolfram Media, pp. 36-37 and 86, 1999.