У этого термина существуют и другие значения, см.
Тор.
Тор (тороид) — поверхность вращения, получаемая вращением образующей окружности вокруг оси, лежащей в плоскости этой окружности.
Ось тора
Ось тора может лежать вне образующей окружности либо касаться её.
- Изменение расстояния до оси вращения
-
-
-
-
-
-
При сечении тора вращения «диагональной» касательной плоскостью, проходящей через центр тора (эта плоскость автоматически получается бикасательной) образуются окружности Вилларсо.
Уравнения
Параметрическое
Уравнение тора с расстоянием от центра образующей окружности до оси вращения R и с радиусом образующей окружности r может быть задано параметрически в виде:
Алгебраическое
Непараметрическое уравнение в тех же координатах и с теми же радиусами имеет четвёртую степень:
В частности, тор является поверхностью четвёртого порядка.
Свойства
- Площадь поверхности тора как следствие из первой теоремы Гюльдена: .
- Объём тела, ограничиваемого тором (полнотория), как следствие из второй теоремы Гульдина: .
- Тор с вырезанным диском («проколотый») можно вывернуть наизнанку непрерывным образом (топологически, то есть серией диффеоморфизмов). При этом две пересекающиеся перпендикулярно окружности на нём («параллель» и «меридиан») поменяются местами.[1]
- Два таких «дырявых» тора, сцепленных между собой, можно продеформировать так, чтобы один из торов «проглотил» другой.[2]
Вариант окраски участков тора
- Минимальное число цветов, необходимое для раскрашивания участков тора так, чтобы соседние были разного цвета, равно 7. См. также Проблема четырёх красок.
Сечения
- При сечении тора бикасательной плоскостью, получающаяся кривая четвёртого порядка оказывается вырожденной: пересечение является объединением двух окружностей называемых окружностями Вилларсо.
- В частности открытый тор может быть представлен как поверхность вращения окружности зацепленной за ось вращения
- Одно из сечений открытого тора — лемниската Бернулли, другие кривые линии являются графическими линиями и называются кривыми Персея[3] (спирическими линиями, сечениями тора плоскостью, параллельной его оси)
- Некоторые пересечения поверхности тора плоскостью внешне напоминают эллипс (кривую 2-го порядка). Получаемая таким образом кривая выражается алгебраическим уравнением 4-го порядка[4].
История
Тороидальная поверхность впервые была рассмотрена древнегреческим математиком Архитом при решении задачи об удвоении куба. Другой древнегреческий математик, Персей, написал книгу о спирических линиях — сечениях тора плоскостью, параллельной его оси.
Вариации и обобщения
- В топологии тор определяется как произведение двух окружностей ; обобщением этого понятия является -мерный тор
Литература
- Савелов А. А. Плоские кривые: Систематика, свойства, применения. М.: Физматгиз, 1960. 293 с. Переиздана в 2002 году, ISBN 5-93972-125-7
См. также
Примечания
- ↑ Этапы выворачивания тора были приведены в статье Альберта Такера и Герберта Бейли «Топология» в Scientific American в январе 1950 г.
- ↑ Подробности приведены в статьей М. Гарднера в Scientific American за март 1977 Другие парадоксы, связанные с торами можно найти в статьях М. Гарднера, опубликованных в Scientific American в декабре 1972 и декабре 1979 гг.
- Теоретические основы решения задач по начертательной геометрии: Учебное пособие
- Пересечение сферы и тора плоскостью. Пример построения «линии среза» на поверхности комбинированного тела вращения