羊角螺線

雙頭歐拉螺線

羊角螺線

羊角螺線（clothoid），又稱歐拉螺線（Euler spiral），是形式為

$x=C(t)$

$y=S(t)$

的曲線，其中$C(t)$、$S(t)$為 Fresnel積分：

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

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

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

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

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，以緩和直路線與圓曲路線之間的曲率變化（向心力變化）。

在光學上，近場繞射（Fresnel繞射）中會應用Fresnel積分。

性質

• $C(x)$和$S(x)$是$x$的奇函數。

• $C$和$S$是整函數。

• 利用以上的冪級數展開式，可以把Fresnel積分擴展到複數範圍，它是解析函數。Fresnel積分可以用誤差函數來表示：

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

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

• $C(x)$和$S(x)$所定義的積分不能表示為初等函數。當$x$趨於無窮大時，函數的值為：

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

參見

• 雙曲螺線
• 圓內螺線
• 等角螺線
• 費馬螺線
• 連鎖螺線
• 阿基米德螺線