羊角螺线 - 维基百科，自由的百科全书

羊角螺线（clothoid），又稱欧拉螺线（Euler spiral），是形式为

${\displaystyle x=C(t)}$

${\displaystyle y=S(t)}$

的曲线，其中${\displaystyle C(t)}$、${\displaystyle S(t)}$为 Fresnel積分：

${\displaystyle S(x)=\int _{0}^{x}\sin(t^{2})\,dt=\sum _{n=0}^{\infty }(-1)^{n}{\frac {x^{4n+3}}{(4n+3)(2n+1)!}},}$

${\displaystyle C(x)=\int _{0}^{x}\cos(t^{2})\,dt=\sum _{n=0}^{\infty }(-1)^{n}{\frac {x^{4n+1}}{(4n+1)(2n)!}}.}$

上面參數方程的參數${\displaystyle t}$，也是螺線於該點的曲率：${\displaystyle \kappa (t)=2t}$。

兩個螺線的中心位於${\displaystyle \pm ({\frac {\sqrt {2\pi }}{4}},{\frac {\sqrt {2\pi }}{4}})}$

由於此螺線的曲率與長度成正比，故常用於公路工程或鐵路工程，以缓和直路线与圆曲路线之间的曲率變化（向心力變化）。

在光學上，近場繞射（Fresnel繞射）中會應用Fresnel積分。

性质[编辑]

• ${\displaystyle C(x)}$和${\displaystyle S(x)}$是${\displaystyle x}$的奇函数。

• ${\displaystyle C}$和${\displaystyle S}$是整函数。

• 利用以上的幂级数展开式，可以把Fresnel积分扩展到复数范围，它是解析函数。Fresnel积分可以用误差函数来表示：

${\displaystyle S(x)={\frac {\sqrt {\pi }}{4}}\left({\sqrt {i}}\,\operatorname {erf} ({\sqrt {i}}\,x)+{\sqrt {-i}}\,\operatorname {erf} ({\sqrt {-i}}\,x)\right)}$

${\displaystyle C(x)={\frac {\sqrt {\pi }}{4}}\left({\sqrt {-i}}\,\operatorname {erf} ({\sqrt {i}}\,x)+{\sqrt {i}}\,\operatorname {erf} ({\sqrt {-i}}\,x)\right)}$.

• ${\displaystyle C(x)}$和${\displaystyle S(x)}$所定义的积分不能表示为初等函数。当${\displaystyle x}$趋于无穷大时，函数的值为：

${\displaystyle \int _{0}^{\infty }\cos t^{2}\,dt=\int _{0}^{\infty }\sin t^{2}\,dt={\frac {\sqrt {2\pi }}{4}}={\sqrt {\frac {\pi }{8}}}.}$

参见[编辑]

• 双曲螺线
• 圆内螺线
• 等角螺线
• 费马螺线
• 连锁螺线
• 阿基米德螺线

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