用Python作一条已知曲线的等距曲线

参考资料：

该如何作一条已知曲线的等距曲线？ - 知乎

等距线_百度百科

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目录

1.等距线

2.数学推导 

3.示例

4.代码与结果

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 1.等距线

等距线（equidistant line）亦称平行曲线，一种平面曲线，即由一已知曲线所产生的另一曲线。平行曲线如下图。

2.数学推导

2.1 核心思想： 

从原曲线法线方向偏移所需的距离，就可以得到这些平行曲线

2.2数学推导

对于参数曲线r(t)，其切线速度就是其第一导数：

归一化后得单位切线矢量：

在二维中，垂直于切线的单位法矢量只需旋转切线90度，可以得到垂直于切线的单位法矢量为

那么，设偏移距离为a，r(t)的两条平行曲线为

3.示例

本文以为例，将该方程转为参数方程，得s(t)为,

对s(t)求导得v(t)，

归一化后得单位切线矢量T(t)，

将T(t)旋转90度得到N(t),

于是平移距离为a的曲线为，

4.代码与结果

 PS：注意横、纵坐标尺度不一致，想看更明显的效果可以试验一下y=x^2

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

t = np.linspace(-5,5,40)
x1 = t
y1 = 4*t**3 + 3*t**2 + 2*t + 1

x2 = t + 3*-1*(12*t**2+6*t+2)/np.sqrt(1+(12*t**2+6*t+2)**2)
y2 = 4*t**3 + 3*t**2 + 2*t + 1 + 3*1/np.sqrt(1+(12*t**2+6*t+2)**2)

x3 = t - 3*-1*(12*t**2+6*t+2)/np.sqrt(1+(12*t**2+6*t+2)**2)
y3 = 4*t**3 + 3*t**2 + 2*t + 1 - 3*1/np.sqrt(1+(12*t**2+6*t+2)**2)

plt.plot(x1,y1)
plt.plot(x2,y2)
plt.plot(x3,y3)