等角螺线及其它汇总

浅谈等角螺旋线作者：09公管丁刘泽隆王海玥阚萍摘要：本文主要对等角螺线（logarithmic spiral）进行了研究，建立了等角螺线的数学模型，探讨了等角螺线的性质、数学模型的特点以及在生活，尤其是在工业生产中的应用。

关键词：等角螺线黄金比应用引言：等角螺线又叫对数螺线（logarithmic spiral ）是由笛卡儿在1683年发现的。

雅各布·伯努利()后来重新研究之。

他发现了等角螺线的许多特性，如等角螺线经过各种适当的变换之后仍是等角螺线。

他十分惊叹和欣赏这曲线的特性，故要求死后将之刻在自己的墓碑上，并附词“纵使改变，依然故我”( d m m t t surgo)。

可惜雕刻师误将阿基米德螺线刻了上去。

等角螺线用指数形式表达：ρ=αe^(kφ)其中，α和k为常数，φ是极角，ρ是极径，e是自然对数的底。

为了讨论方便，我们把e 或由e经过一定变换和复合的形式定义为“自然律”。

等角螺线在自然界规律和工业生产中都有着广泛的应用，如抽水机的涡轮叶片；鹦鹉螺外壳的等角螺线形图案。

已有的文献和成果：文献《螺线》等。

一、模型的建立(1) 螺线特别是美学意义可以用指数的形式来表达：ρ=αe^(kφ)其中，α和k为常数，φ是极角（polar angle），ρ是极径（polar Radius），e是自然对数（ natural logarithm）的底。

为了讨论方便，我们把e或由e经过一定变换和复合的形式定义为“自然律”。

因此，“自然律”的核心是e，其值为2.71828……，是一个无限不循环小数。

(2)如何得到一条等角螺线-----等角螺线与黄金比（golden ratio）首先画一个黄金矩形ABCD，即一个长比宽为φ的矩形，。

如果拿掉最大的正方形ABEF，我们能得到一个新的小黄金矩形FECD。

（证明略）数学提供给我们的生活经验以是，一旦我们发现一个思想，我们往往可以通过将这个细想推到极端来发展出新的洞见。

等角螺线及其它・何谓等角螺线・等角螺线的方程式・趣史一则・等角螺线上的相似性质・黄金分割与等角螺线・等角螺线的弧长・等角螺线的再生性质・其它螺线举例儿何学是一门源远流长的数学分支，在十七世纪以前，儿何学一词棋至可说是数学的同义词，它以往的风光可想而知。

曾儿何时，因为某些内在与外在的因素，儿何学的地位似乎已逐渐没落；在中小学的数学教材里，儿何题材一次乂一次地被删除。

这种现象使我们感到忧心，因为自然环境中隐藏着许多儿何原理，不了解这些儿何知识，不就表示我们对所生存的空间已经愈来愈不了解了吗？笔者从事数学教育工作多年，乂是现行高中数学教科书的编者之一，对当前高中数学教材中儿何题材的过度贫乏，实在感到忧心忡忡。

在无力对教科书作大幅度修改的情况下，只好在正式教科书之外从事一些修缮工作。

基于上述想法，笔者希望能以一系列的文章来介绍一些儿何题材。

在内容方面，笔者首先选上曲线。

因为曲线的讨论不仅是儿何学中最有趣的题材之一，而且许多曲线都会在自然现象中出现，它们的性质也往往能提供重要的应用。

例如：天文望远镜的设计，不就是根据拋物线的反射性质吗？本文介绍等角螺线。

在一片空旷的草地上，甲、乙、丙、丁、四只狗分别站立在一个正方形的四个顶点4、3、C、D上。

狗主人要甲狗紧盯着乙狗、乙狗紧盯着丙狗、丙狗紧盯着丁狗、丁狗紧盯着屮狗。

一声令下，四只狗以相同的速度同时冲向1_1标。

假定每只狗在每个时刻都是正面朝向它的LI标，那么，这四只狗所跑过的路径是什么形式呢？假设四只狗在某一时刻的位置分别为川、Bi、Ci. D i（见图一），则根据四只□AiEiCi D I狗的行动一致所产生的对称性，可知也是正方形，而且它的中心也就是正方形口ABUD的中心O。

更进一步地，山于在川点的屮狗系冲向在Bi点的乙狗，所以，屮狗在此一时刻的速度方向在向量上。

或者说，中狗所跑的路径在Ai点的切线与直线形成45°的夹角。

同理，乙狗所跑的路径在Bi点的切线与直线OBi形成45°的夹角等等。

MathStudio for iPad使用方法入门（37）对数螺线面面观（1）2016年6月12日对数螺线亦称等角螺线★等角螺线极坐标方程式：ρ=a*bθ=a*e ln(b)*θ=a*e k*θk=ln(b)等角螺线是笛卡儿在1638年发现的；也称为对数螺线★设 C 为以原点为圆心的任意圆，C 与等角螺线相交的角(倾斜度)为φ因为tanφ=ρ/d(ρ)=ae k*θ/a*k*e k*θ=1/k，所以k=cot(φ),或φ=arccot(k)即等角螺线与过极点射线的交点夹角φ永远相等，而其值为arccot(k)★等角螺线是什么样子的曲线？等角螺线是一条“无头无尾”的曲线，当k > 0时，它始于设定的θ最大值，θ可以是无限大，终端趋近极点，但永远到不了极点0对数螺线是一种奇特怪异的曲线族，说它奇特，因为它的形状：千姿百态-φ角在不同数域，有不同的图形跳跃转向-k为正值时，螺线是顺时针绕极点转动，θ由外向内减小k为负值时，螺线是逆时针绕极点转动，θ由外向内增大藕断丝连-ρ=a*e k*θ与ρ=a*e-k*θ两支曲线不像阿基米德螺线那样互相嵌套，而是内外包容，首尾“相连”疏密有序-当k趋近0（φ趋近π/2），曲线趋于密集，反之则稀疏；任意缩放依然故我–对数螺线两端都无止境，且有等比性，故任意缩放其形不变变化多端难以捉摸–当φ角=0时，k为不定值，什么图形都没了当φ角=±π/2时，k=0,螺线“消失”了，圆出现了当φ角=±π时，k=∞ ，什么图形都没了万变不离其宗–等角性、等比性是对数螺线的基本特性继续看，欣赏一下对数螺线的奇异幻境吧p=±π/2=±1.571附近是对数螺线的“活跃区”，“敏感区”a为正，顺时针方向a为负，逆时针方向上图p=-1.582 < -1.571红色螺线在外，蓝色螺线在内外层螺线顺时针绕极点转动内层螺线逆时针绕极点转动下图p=-1.552 > -1.571蓝色螺线在外，红色螺线在内p=1.558 < 1.571红色螺线在外，蓝色螺线在内p=1.588 > 1.571蓝色螺线在外，红色螺线在内两种极端情况左图p=0 右图p=πa=NaN →∞ a →∞当对数螺线与射线交角为0或π时，没有图形显示p = 3.028 <π 交角接近πa = -8.7655 >-∞螺线近似直线没有典型对数螺线的样子ρ=e -a*θ什么原因成这样子？ρ=e 8.7655*θ公比=e 8.7655*2π =8.2963*1023 巨大的公比使我们无法得到与之适应的放大图，只看到它近似直线迅速趋近0b = 2.124a = -0.6175公比= 0.02θ = 1.043b = 2.124a = -0.6175公比= 0.02θ = 31.355 ≈ 10π螺线逆时针快速趋近0，θ由外向内增大b = 1.688a = -0.1177公比=0.48 比1小得多，较稀疏b = 1.628a = -0.0573公比=0.7 接近1 较密集左图图中a=0时，等角螺线变为圆这儿a=cot(b)即b=acot(a)=acot(0)=π/2=1.5708右图b=1.571(=π/2)时等角螺线“消失”，变为圆φ=π/2=1.571 cot(φ)=0 图形为圆直线θ=π/3与圆的交点，可以是多点重合，依θ的取值范围而定θ=1.043θ=7.34=1.043+2πθ=19.9=1.043+6πb=1.583 >1.571a=-0.0122<0逆时针方向，公比=0.93 曲线较密集θ由外向内增大b=1.565 < 1.571 a=0.0058 >0顺时针方向θ由外向内减小公比=1.04 接近1曲线密集能看出来不是等距离φ=0.782 a=cot(0.782)=1 与X轴交点θ=4πρ=sqrt(x2+y2)=314243a=ln(ρ)/θ=ln(314243)/4π≈1φ=acot(1)=0.785=π/4³180/π=45°这是φ=0.782时的等角螺线及φ=π/3直线相交图形a=cot(0.782)=1.0068≈1曲线自外向内顺时针绕极点迅速趋近极点公比= 558.87曲线稀疏Trace显示数据与按公式计算数据基本一致过极点射线φ=π/3,与等角螺线交点Y 轴与等角螺线交点φ=0.782 等角螺线ρ=sqrt(x 2+y 2)=1501773a=ln(ρ)/θ=ln(1501773)/4.5π=1φ=acot(1)=0.785=π/4×180/π=45°ρ=sqrt(x 2+y 2)=897714a=ln(ρ)/θ=ln(897714)/4.3π=1φ=acot(1)=0.785=π/4×180/π=45°Trace 显示数据与按公式计算数据基本一致观察对数螺线与过极点直线各交点间的间距状况这是φ=1.505时的等角螺线及φ=π/3直线相交图形曲线自外向内顺时针绕极点旋转起点x=10π，终点趋近0φ=1.505=1.505×180/π=86°a=cot(1.505)=0.0659ρ1=sqrt(x2+y2)=5.64看一看φ=1.505 的螺线与θ=π/3射线的各交点数据ρ2 =sqrt(x 2+y 2)=3.72ρ3=sqrt(x 2+y 2)=2.45ρ4 =sqrt(x 2+y 2)=1.62ρ5 =sqrt(x 2+y 2)=1.07ρ1=sqrt(x 2+y 2)=5.64 θ1=26.18 = 8π + π/3ρ2 =sqrt(x 2+y 2)=3.72 θ2=19.9 = 6π + π/3ρ3=sqrt(x 2+y 2)=2.45 θ3=13.6 = 4π + π/3ρ4 =sqrt(x 2+y 2)=1.62 θ4=7.34 = 2π + π/3ρ5 =sqrt(x 2+y 2)=1.07 θ5=1.04 = π/3ρ1 –ρ2 =1.92 = 1.27×1.51ρ2 –ρ3 =1.27 = 0.83×1.53ρ3 –ρ4 =0.83 = 0.55×1.51ρ4 –ρ5 =0.55ρ1、ρ2、ρ3、ρ4、ρ5 是等比级数公比=e 2πa = e 2π*cot（1.505）Trace 显示数据与按公式计算数据基本一致b=1.687 a=-0.1167 <0 公比=e 2πa =0.48b=1.687 a=-0.1167 <0 公比=e 2πa =0.48b=1.687 a=-0.1167 <0 公比=e 2πab=1.687a=-0.1167 <0公比=e 2πa =0.48逆时针方向θ由外向内增大Trace显示数据与按公式计算数据基本一致π/2 – b = 0.003红色螺线在外顺时针绕极点蓝色螺线在内逆时针绕极点增大θ取值范围0～72π ρ=e±aθ，两条对数螺线曲线φ 取邻近π/2 的值b=1.568 < 1.571b = 1.558a =0.0128公比=1.0837b = 1.548a =0.0228公比=1.154π/2 – b = 0.013蓝色螺线只能看到一个小圆π/2 – b = 0.023蓝色螺线只能看到一个小点b=1.578 > 1.571π/2 - b = -0.007a=-0.0072公比=0.9558b > π/2蓝色螺线在外顺时针绕极点红色螺线在内逆时针绕极点b=1.598>1.571a=-0.0272公比=0.8429b=1.588>1.571a=-0.0172公比=0.8976π/2 – b = -0.027红色螺线看不到了π/2 – b = -0.017红色螺线只能看到一个点π/2 两侧是“敏感区”，φ角微变，图形大变！用了半个多月时间，探索对数螺线的奥秘，现在该告一段落了。

一、数列多选题1．黄金螺旋线又名等角螺线，是自然界最美的鬼斧神工．在一个黄金矩形（宽长比约等于0.618）里先以宽为边长做正方形，然后在剩下小的矩形里以其宽为边长做正方形，如此循环下去，再在每个正方形里画出一段四分之一圆弧，最后顺次连接，就可得到一条“黄金螺旋线”．达·芬奇的《蒙娜丽莎》，希腊雅典卫城的帕特农神庙等都符合这个曲线．现将每一段黄金螺旋线与其所在的正方形所围成的扇形半径设为a n (n ∈N *)，数列{a n }满足a 1＝a 2＝1，a n ＝a n －1＋a n －2 (n ≥3)．再将扇形面积设为b n (n ∈N *)，则（ ）A ．4(b 2020－b 2019)＝πa 2018·a 2021B ．a 1＋a 2＋a 3＋…＋a 2019＝a 2021－1C ．a 12＋a 22＋a 32…＋(a 2020)2＝2a 2019·a 2021D ．a 2019·a 2021－(a 2020)2＋a 2018·a 2020－(a 2019)2＝0答案：ABD 【分析】对于A ，由题意得bn＝an2，然后化简4(b2020－b2019)可得结果；对于B ，利用累加法求解即可；对于C ，数列{an}满足a1＝a2＝1，an ＝an －1＋an －2 (n≥3解析：ABD 【分析】对于A ，由题意得b n ＝4πa n 2，然后化简4(b 2020－b 2019)可得结果；对于B ，利用累加法求解即可；对于C ，数列{a n }满足a 1＝a 2＝1，a n ＝a n －1＋a n －2 (n ≥3)，即a n －1＝a n －2－a n ，两边同乘a n －1 ，可得a n －12＝a n －1 a n －2－a n －1 a n ，然后累加求解；对于D ，由题意a n －1＝a n －a n －2，则a 2019·a 2021－(a 2020)2＋a 2018·a 2020－(a 2019)2，化简可得结果 【详解】由题意得b n ＝4πa n 2，则4(b 2020－b 2019)＝4(4πa 20202－4πa 20192)＝π(a 2020＋a 2019)(a 2020－a 2019)＝πa 2018·a 2021，则选项A 正确； 又数列{a n }满足a 1＝a 2＝1，a n ＝a n －1＋a n －2 (n ≥3)，所以a n －2＝a n －a n －1(n ≥3)，a 1＋a 2＋a 3＋…＋a 2019＝(a 3－a 2)＋(a 4－a 3)＋(a 5－a 4)＋…＋(a 2021－a 2020)＝a 2021－a 2＝a 2021－1，则选项B 正确；数列{a n }满足a 1＝a 2＝1，a n ＝a n －1＋a n －2 (n ≥3)，即a n －1＝a n －2－a n ，两边同乘a n －1 ，可得a n－12＝a n －1 a n －2－a n －1 a n ，则a 12＋a 22＋a 32…＋(a 2020)2＝a 12＋(a 2a 1－a 2a 3)＋(a 3a 2－a 3a 4)＋…＋(a 2020a 2019－a 2020a 2021)＝a 12－a 2020a 2021＝1－a 2020a 2021，则选项C 错误；由题意a n －1＝a n －a n －2，则a 2019·a 2021－(a 2020)2＋a 2018·a 2020－(a 2019)2＝a 2019·(a 2021－a 2019)＋a 2020·(a 2018－a 2020)＝a 2019·a 2020＋a 2020·(－a 2019)＝0，则选项D 正确； 故选：ABD. 【点睛】此题考查数列的递推式的应用，考查累加法的应用，考查计算能力，属于中档题2．若数列{}n a 满足112,02121,12n n n n n a a a a a +⎧≤≤⎪⎪=⎨⎪-<<⎪⎩，135a =，则数列{}n a 中的项的值可能为（ ） A ．15B ．25C ．45D ．65答案：ABC 【分析】利用数列满足的递推关系及，依次取代入计算，能得到数列是周期为4的周期数列，得项的所有可能值，判断选项即得结果. 【详解】数列满足，，依次取代入计算得， ，，，，因此继续下去会循环解析：ABC 【分析】利用数列{}n a 满足的递推关系及135a =，依次取1,2,3,4n =代入计算2345,,,a a a a ，能得到数列{}n a 是周期为4的周期数列，得项的所有可能值，判断选项即得结果. 【详解】数列{}n a 满足112,02121,12n n n n n a a a a a +⎧≤≤⎪⎪=⎨⎪-<<⎪⎩，135a =，依次取1,2,3,4,...n =代入计算得，211215a a =-=，32225a a ==，43425a a ==，5413215a a a =-==，因此继续下去会循环，数列{}n a 是周期为4的周期数列，所有可能取值为：1234,,,5555. 故选：ABC. 【点睛】本题考查了数列的递推公式的应用和周期数列，属于基础题.3．已知数列{}n a 满足112a =-，111n na a +=-，则下列各数是{}n a 的项的有（ ）A ．2-B ．23 C ．32D ．3答案：BD 【分析】根据递推关系式找出规律，可得数列是周期为3的周期数列，从而可求解结论． 【详解】 因为数列满足，， ； ； ；数列是周期为3的数列，且前3项为，，3； 故选：． 【点睛】 本题主要解析：BD 【分析】根据递推关系式找出规律，可得数列是周期为3的周期数列，从而可求解结论． 【详解】因为数列{}n a 满足112a =-，111n n a a +=-，212131()2a ∴==--；32131a a ==-； 4131112a a a ==-=-； ∴数列{}n a 是周期为3的数列，且前3项为12-，23，3； 故选：BD ． 【点睛】本题主要考查数列递推关系式的应用，考查数列的周期性，解题的关键在于求出数列的规律，属于基础题．4．意大利著名数学家斐波那契在研究兔子繁殖问题时，发现有这样一列数：1，1，2，3，5，….，其中从第三项起，每个数等于它前面两个数的和，后来人们把这样的一列数组成的数列{}n a 称为“斐波那契数列”，记n S 为数列{}n a 的前n 项和，则下列结论正确的是（ ） A ．68a =B ．733S =C ．135********a a a a a +++⋅⋅⋅+=D ．22212201920202019a a a a a ++⋅⋅⋅⋅⋅⋅+= 答案：ABCD 【分析】由题意可得数列满足递推关系，对照四个选项可得正确答案. 【详解】对A ，写出数列的前6项为，故A 正确； 对B ，，故B 正确； 对C ，由，，，……，，可得：.故是斐波那契数列中的第解析：ABCD 【分析】由题意可得数列{}n a 满足递推关系12211,1,(3)n n n a a a a a n --===+≥，对照四个选项可得正确答案. 【详解】对A ，写出数列的前6项为1,1,2,3,5,8，故A 正确； 对B ，71123581333S =++++++=，故B 正确；对C ，由12a a =，342a a a =-，564a a a =-，……，201920202018a a a =-， 可得：135********a a a a a +++⋅⋅⋅+=.故1352019a a a a +++⋅⋅⋅+是斐波那契数列中的第2020项.对D ，斐波那契数列总有21n n n a a a ++=+，则2121a a a =，()222312321a a a a a a a a =-=-，()233423423a a a a a a a a =-=-，……，()220182018201920172018201920172018a a a a a a a a =-=-，220192019202020192018a a a a a =-2222123201920192020a a a a a a +++⋅⋅⋅⋅⋅⋅+=，故D 正确；故选：ABCD. 【点睛】本题以“斐波那契数列”为背景，考查数列的递推关系及性质，考查方程思想、转化与化归思想，考查逻辑推理能力和运算求解能力，求解时注意递推关系的灵活转换. 5．等差数列{}n a 的前n 项和为n S ，1385a a S +=，则下列结论一定正确的是（ ） A ．100a =B ．911a a =C ．当9n =或10时，n S 取得最大值D ．613S S =答案：ABD 【分析】由题意利用等差数列的通项公式、求和公式可得，结合等差数列的性质，逐一判断即可得出结论． 【详解】∵等差数列的前项和为，， ∴，解得， 故，故A 正确；∵，，故有，故B 正确； 该数解析：ABD 【分析】由题意利用等差数列的通项公式、求和公式可得19a d =-，结合等差数列的性质，逐一判断即可得出结论． 【详解】∵等差数列{}n a 的前n 项和为n S ，1385a a S +=， ∴()111875282a a d a d ⨯++=+，解得19a d =-， 故10190a a d =+=，故A 正确；∵918a a d d d =+=-=，11110a a d d =+=，故有911a a =，故B 正确； 该数列的前n 项和()21119222n n n n S na d d d n -=+=-⋅ ，它的最值，还跟d 的值有关，故C 错误； 由于61656392S a d d ⨯=+=-，131131213392S a d d ⨯=+=-，故613S S =，故D 正确， 故选：ABD. 【点睛】思路点睛：利用等差数列的通项公式以及前n 项和公式进行化简，直接根据性质判断结果. 6．已知等差数列{}n a 的前n 项和为n S ，公差为d ，且35a =，73a =，则（ ） A ．12d =B ．12d =-C ．918S =D ．936S =答案：BD 【分析】由等差数列下标和性质结合前项和公式，求出，可判断C ，D ，由等差数列基本量运算，可得公差，判断出A ，B ． 【详解】 因为， 所以．因为，，所以公差． 故选：BD解析：BD 【分析】由等差数列下标和性质结合前n 项和公式，求出9S ，可判断C ，D ，由等差数列基本量运算，可得公差，判断出A ，B ． 【详解】因为1937538a a a a +=+=+=， 所以()1999983622a a S +⨯===． 因为35a =，73a =，所以公差731732a a d -==--． 故选：BD7．朱世杰是元代著名数学家，他所著的《算学启蒙》是一部在中国乃至世界最早的科学普及著作.《算学启蒙》中涉及一些“堆垛”问题，主要利用“堆垛”研究数列以及数列的求和问题.现有100根相同的圆形铅笔，小明模仿“堆垛”问题，将它们全部堆放成纵断面为等腰梯形的“垛”，要求层数不小于2，且从最下面一层开始，每一层比上一层多1根，则该“等腰梯形垛”应堆放的层数可以是（ ） A ．4B ．5C ．7D ．8答案：BD 【分析】依据题意，根数从上至下构成等差数列，设首项即第一层的根数为，公差即每一层比上一层多的根数为，设一共放层，利用等差数列求和公式，分析即可得解. 【详解】依据题意，根数从上至下构成等差解析：BD 【分析】依据题意，根数从上至下构成等差数列，设首项即第一层的根数为1a ，公差即每一层比上一层多的根数为1d =，设一共放()2n n ≥层，利用等差数列求和公式，分析即可得解. 【详解】依据题意，根数从上至下构成等差数列，设首项即第一层的根数为1a ，公差为1d =，设一共放()2n n ≥层，则总得根数为：()()111110022n n n d n n S na na --=+=+= 整理得120021a n n=+-， 因为1a *∈N ，所以n 为200的因数，()20012n n+-≥且为偶数， 验证可知5,8n =满足题意. 故选：BD. 【点睛】关键点睛：本题考查等差数列的求和公式，解题的关键是分析题意，把题目信息转化为等差数列，考查学生的逻辑推理能力与运算求解能力，属于基础题. 8．定义11222n nn a a a H n-+++=为数列{}n a 的“优值”.已知某数列{}n a 的“优值”2nn H =，前n 项和为n S ，则（ ）A ．数列{}n a 为等差数列B ．数列{}n a 为等比数列C ．2020202320202S = D ．2S ，4S ，6S 成等差数列答案：AC 【分析】由题意可知，即，则时，，可求解出，易知是等差数列，则A 正确，然后利用等差数列的前n 项和公式求出，判断C ，D 的正误. 【详解】 解：由， 得， 所以时，， 得时，， 即时，， 当时，由解析：AC 【分析】 由题意可知112222n n nn a a a H n-+++==，即112222n n n a a a n -+++=⋅，则2n ≥时，()()111221212n n n n n a n n n ---=⋅--⋅=+⋅，可求解出1n a n =+，易知{}n a 是等差数列，则A 正确，然后利用等差数列的前n 项和公式求出n S ，判断C ，D 的正误. 【详解】 解：由112222n n nn a a a H n-+++==，得112222n n n a a a n -+++=⋅，①所以2n ≥时，()211212212n n n a a a n ---+++=-⋅，②得2n ≥时，()()111221212n n n n n a n n n ---=⋅--⋅=+⋅，即2n ≥时，1n a n =+，当1n =时，由①知12a =，满足1n a n =+．所以数列{}n a 是首项为2，公差为1的等差数列，故A 正确，B 错， 所以()32n n n S +=，所以2020202320202S =，故C 正确．25S =，414S =，627S =，故D 错，故选：AC ． 【点睛】本题考查数列的新定义问题，考查数列通项公式的求解及前n 项和的求解，难度一般. 9．(多选题)等差数列{}n a 的前n 项和为n S ，若10a >，公差0d ≠，则下列命题正确的是（ ）A ．若59S S =，则必有14S =0B ．若59S S =，则必有7S 是n S 中最大的项C ．若67S S >，则必有78S S >D ．若67S S >，则必有56S S >答案：ABC 【分析】根据等差数列性质依次分析即可得答案. 【详解】解：对于A.，若，则，所以，所以，故A 选项正确；对于B 选项，若，则，由于，公差，故，故，所以是中最大的项；故B 选项正确； C. 若解析：ABC 【分析】根据等差数列性质依次分析即可得答案. 【详解】解：对于A.，若59S S =，则67890a a a a +++=，所以781140a a a a +=+=，所以()114141402a a S +==，故A 选项正确；对于B 选项，若59S S =，则780+=a a ，由于10a >，公差0d ≠，故0d <，故780,0a a ><，所以7S 是n S 中最大的项；故B 选项正确；C. 若67S S >，则70a <，由于10a >，公差0d ≠，故0d <，故80a <，6a 的符号不定，故必有78S S >，56S S >无法确定；故C 正确，D 错误． 故选：ABC ． 【点睛】本题考查数列的前n 项和的最值问题与等差数列的性质，是中档题． 10．已知数列{}n a 是递增的等差数列，5105a a +=，6914a a ⋅=-．12n n n n b a a a ++=⋅⋅，数列{}n b 的前n 项和为n T ，下列结论正确的是（ ）A ．320n a n =-B ．325n a n =-+C ．当4n =时，n T 取最小值D ．当6n =时，n T 取最小值答案：AC 【分析】由已知求出数列的首项与公差，得到通项公式判断与；再求出，由的项分析的最小值． 【详解】解：在递增的等差数列中， 由，得， 又，联立解得，， 则，． ．故正确，错误；可得数列的解析：AC 【分析】由已知求出数列{}n a 的首项与公差，得到通项公式判断A 与B ；再求出n T ，由{}n b 的项分析n T 的最小值． 【详解】解：在递增的等差数列{}n a 中， 由5105a a +=，得695a a +=，又6914a a =-，联立解得62a =-，97a =， 则967(2)3963a a d ---===-，16525317a a d =-=--⨯=-． 173(1)320n a n n ∴=-+-=-．故A 正确，B 错误；12(320)(317)(314)n n n n b a a a n n n ++==---可得数列{}n b 的前4项为负，第5项为正，第六项为负，第六项以后均为正． 而5610820b b +=-=>．∴当4n =时，n T 取最小值，故C 正确，D 错误．故选：AC ． 【点睛】本题考查等差数列的通项公式，考查数列的求和，考查分析问题与解决问题的能力，属于中档题．。

阿基米德螺线和三等分角数学家对螺线的探索最早可以追溯到古希腊时代，阿基米德就在他的著作《论螺线》中对等速螺线的性质做了详细的讨论，于是后世的数学家们也把等速螺线称为“阿基米德螺线”。

（最早发现等角螺线的其实是阿基米德的老师柯农，在他死后阿基米德继承了他的工作。

）什么是阿基米德螺线呢？想象有一根可以绕着一点转动的长杆，有一只小虫沿着杆匀速向外爬去。

当长杆匀速转动的时候小虫画出的轨迹就是阿基米德螺线。

阿基米德螺线的方程写成极坐标形式就是ρ = aθ。

阿基米德螺线生活中随处可见。

在早期的留声机中，电机带动转盘上的唱片匀速转动，沿着一条直线轨道匀速向外圈移动的唱头在唱片上留下的刻槽就是阿基米德螺线。

同理，由匀速盘香机生产出来的盘状蚊香也是阿基米德螺线的形状。

等螺距的螺钉从钉头方向看去也是阿基米德螺线。

就连缝纫机中也有阿基米德螺线出没，一般的机械缝纫机中有一个凸轮，手轮旋转的时候用来带动缝纫针头直线运动，这个凸轮的轮廓就是把阿基米德螺线的一部分经过对称得到的。

一个很有趣的事情是，在阿基米德螺线的配合下，尺规就能完成三等分一个任意角θ。

步骤如下：1、将θ角的一边与极轴重合，顶点与原点O重合2、延长角的另一边与阿基米德螺线交于A3、尺规三等分OA得到三等分点B’、C’4、分别以OB’、OC’为半径，O为圆心画圆交螺线于B、C5、根据ρ=aθ 容易证得OB、OC三等分θ当然，只利用尺规是无法画出阿基米德螺线的，所以我们大可不必担心关于尺规三等分任意角不可能的证明就此被推倒。

渐开线和机械齿轮另一种有名的螺线叫做渐开线。

当一根绳沿着另一曲线绕上或脱下时，它描出一条渐伸线。

许多曲线都有自己的渐开线，把一条没有弹性的细绳绕在一个定圆上，拉开绳子的一端并拉直，使绳子与圆周始终相切，绳子端点的轨迹就是圆的渐开线。

与阿基米德螺线相比，渐开线在日常生活中出场的机会似乎要少一点，但仔细寻找还是能发现它的踪迹，例如棕榈等一些植物叶尖的轮廓就是渐开线。

等角螺线及其它▪何谓等角螺线▪等角螺线的方程式▪趣史一则▪等角螺线上的相似性质▪黄金分割与等角螺线▪等角螺线的弧长▪等角螺线的再生性质▪其它螺线举例几何学是一门源远流长的数学分支，在十七世纪以前，几何学一词甚至可说是数学的同义词，它以往的风光可想而知。

曾几何时，因为某些内在与外在的因素，几何学的地位似乎已逐渐没落；在中小学的数学教材里，几何题材一次又一次地被删除。

这种现象使我们感到忧心，因为自然环境中隐藏着许多几何原理，不了解这些几何知识，不就表示我们对所生存的空间已经愈来愈不了解了吗？笔者从事数学教育工作多年，又是现行高中数学教科书的编者之一，对当前高中数学教材中几何题材的过度贫乏，实在感到忧心忡忡。

在无力对教科书作大幅度修改的情况下，只好在正式教科书之外从事一些修缮工作。

基于上述想法，笔者希望能以一系列的文章来介绍一些几何题材。

在内容方面，笔者首先选上曲线。

因为曲线的讨论不仅是几何学中最有趣的题材之一，而且许多曲线都会在自然现象中出现，它们的性质也往往能提供重要的应用。

例如：天文望远镜的设计，不就是根据拋物线的反射性质吗？本文介绍等角螺线。

何谓等角螺线在一片空旷的草地上，甲、乙、丙、丁、四只狗分别站立在一个正方形的四个顶点A、B、C、D上。

狗主人要甲狗紧盯着乙狗、乙狗紧盯着丙狗、丙狗紧盯着丁狗、丁狗紧盯着甲狗。

一声令下，四只狗以相同的速度同时冲向目标。

假定每只狗在每个时刻都是正面朝向它的目标，那么，这四只狗所跑过的路径是什么形式呢？假设四只狗在某一时刻的位置分别为A1、B1、C1、D1（见图一），则根据四只狗的行动一致所产生的对称性，可知也是正方形，而且它的中心也就是正方形的中心O。

更进一步地，由于在A1点的甲狗系冲向在B1点的乙狗，所以，甲狗在此一时刻的速度方向在向量上。

或者说，甲狗所跑的路径在A1点的切线与直线OA1形成45°的夹角。

同理，图一乙狗所跑的路径在B1点的切线与直线OB1形成45°的夹角等等。

等角螺线及其它赵文敏▪何谓等角螺线▪等角螺线的方程式▪趣史一则▪等角螺线上的相似性质▪黄金分割与等角螺线▪等角螺线的弧长▪等角螺线的再生性质▪其它螺线举例几何学是一门源远流长的数学分支，在十七世纪以前，几何学一词甚至可说是数学的同义词，它以往的风光可想而知。

曾几何时，因为某些内在与外在的因素，几何学的地位似乎已逐渐没落；在中小学的数学教材里，几何题材一次又一次地被删除。

这种现象使我们感到忧心，因为自然环境中隐藏着许多几何原理，不了解这些几何知识，不就表示我们对所生存的空间已经愈来愈不了解了吗？笔者从事数学教育工作多年，又是现行高中数学教科书的编者之一，对当前高中数学教材中几何题材的过度贫乏，实在感到忧心忡忡。

在无力对教科书作大幅度修改的情况下，只好在正式教科书之外从事一些修缮工作。

基于上述想法，笔者希望能以一系列的文章来介绍一些几何题材。

在内容方面，笔者首先选上曲线。

因为曲线的讨论不仅是几何学中最有趣的题材之一，而且许多曲线都会在自然现象中出现，它们的性质也往往能提供重要的应用。

例如：天文望远镜的设计，不就是根据拋物线的反射性质吗？本文介绍等角螺线。

何谓等角螺线在一片空旷的草地上，甲、乙、丙、丁、四只狗分别站立在一个正方形的四个顶点A、B、C、D上。

狗主人要甲狗紧盯着乙狗、乙狗紧盯着丙狗、丙狗紧盯着丁狗、丁狗紧盯着甲狗。

一声令下，四只狗以相同的速度同时冲向目标。

假定每只狗在每个时刻都是正面朝向它的目标，那么，这四只狗所跑过的路径是什么形式呢？假设四只狗在某一时刻的位置分别为A1、B1、C1、D1（见图一），则根据四只狗的行动一致所产生的对称性，可知也是正方形，而且它的中心也就是正方形的中心O。

更进一步地，由于在A点的甲狗系冲向在B1点的乙狗，所以，甲狗在此一时刻的速度方向在向量上。

或者说，甲狗所跑的路径在A1点的切线与直线OA1形成45°的夹角。

同理，图一乙狗所跑的路径在B1点的切线与直线OB1形成45°的夹角等等。

数学的有趣图形-等⻆螺线
定义
极坐标⽅程
pyt h on画图
⾃然现象
等⻆螺线、对数螺线或⽣⻓螺线是在⾃然界常⻅的螺线，在极坐标系(r, θ)中，这个曲线可以写
为
或
因此叫做“对数”螺线
⼀般
的
取
定义
极坐标⽅程
python画图
1from matplotlib import pyplot as plt 2import numpy as np
3import math
4i = np.linspace(0,4*math.pi,500)
5r=np.power(1.2,i)
6x=r*np.cos(i)
7y=r*np.sin(i)
8plt.plot(x,y)
⾃然现象
鹦鹉螺的⻉壳像等⻆螺线
菊的种⼦排列成等⻆螺线
鹰以等⻆螺线的⽅式接近它们的猎物
昆⾍以等⻆螺线的⽅式接近光源
蜘蛛⽹的构造与等⻆螺线相似
旋涡星系的旋臂差不多是等⻆螺线。

银河系的四⼤旋臂的倾斜度约为 12°。

低⽓压(热带⽓旋、温带⽓旋等)的外观像等⻆螺线。

阿基米德螺旋线与对数螺旋线1212母线在绕轴线做匀速圆周运动的同时，做匀速或变速轴向运动，母线的运动轨迹形成等螺距或变螺距螺旋面。

螺旋面与同轴的圆柱面或同轴圆锥面的交线，称为圆柱螺线或圆锥螺线。

[4] 混凝土搅拌车中常用的螺旋线是直纹正螺旋面和直纹斜螺旋面。

直纹：母线为直线。

正螺旋和斜螺旋：母线与轴线垂直或斜交。

螺旋角螺旋线上某点（取正对着的那一点）的切线与圆柱面或圆锥面的母线之间的夹角称为螺旋角，一般用β表示[6]升角螺旋线上某点（取正对着的那一点）的切线与通过该点的圆柱截面在该点的切线之间的夹角，称为螺旋升角，简称升角，常用δ表示[6]=+90βδ相当于在圆柱面上有一张白纸，并转动，铅笔紧靠白纸，并作轴向运动，形成的轨迹，称为螺旋线。

把白纸展开，即可得螺旋升角。

图片来自文献[15]阿基米德螺旋线：螺距相等的螺旋线。

既做匀速转动又做等速直线运动（两速度要同步），而形成的轨迹，称为“阿基米德螺旋”，又称等螺距螺线。

[8]圆锥的阿基米德螺线的螺旋角是变化的。

[6]如果选用阿基米德螺线，在筒体的几何参数和螺旋角选定的情况下，螺旋角是从圆锥小端至圆锥大端递增的对数螺旋线：对数螺旋线又称等角螺旋线或等升角螺旋线或等螺旋角螺旋线，其螺距是变化的。

[6]如果选择对数螺线，在筒体的几何参数和螺旋角选定的情况下，螺距是随各截面处直径的变化而成正比变化的，这时的螺旋角可以设计为不变。

阿基米德螺旋叶片螺距相等，但是螺旋角不等；对数螺旋叶片的螺距不相等，但是螺旋角相等。

螺旋角越大，升角就越小，搅拌性能就越差，出料性能越好；螺旋角越小，升角就越大，搅拌性能就越好，出料性能越差。

搅拌性性能差，容易离析所以罐车的两头的螺旋角大，中间的螺旋角小。

面积元对地的最大倾斜线用S 表示；对地倾斜角α螺旋线的切线用τ表示；对地倾斜角τα；螺旋面的母线用n 表示；对地倾斜角n α图片来自文献4，注意出料方向。