笛卡尔心形函数的解析式主要有两种形式,分别对应直角坐标系和极坐标系:
一、直角坐标系解析式
标准形式 \[
x^2 + y^2 = a\sqrt{x^2 + y^2} - ax
\]
其中 \(a > 0\),该方程通过移项和平方化简可转化为标准心形曲线。
对称形式
另一种常见形式为:
\[
x^2 + y^2 - ax = a\sqrt{x^2 + y^2}
\]
该形式与标准形式本质相同,仅 \(a\) 的符号相反,图像关于 \(y\) 轴对称。
二、极坐标系解析式
水平方向
\[
\rho = a(1 - \cos\theta)
\]
该方程对应的图像为心形线,中心位于极轴右侧,形状与标准心形一致。
垂直方向
\[
\rho = a(1 - \sin\theta)
\]
该方程对应的图像为心形线,中心位于极轴下方,形状与标准心形对称。
三、其他形式
单参数形式:
通过调整参数 \(\gamma\)、\(\beta\)、\(\phi\),可得到椭圆函数形式的单参数表达式,但需满足特定条件(如 \(\gamma = \beta\))。
四、应用场景
笛卡尔心形函数在数学、物理学等领域有广泛应用,例如描述电子轨道、行星运动等周期性现象。