ジューコフスキー変換〜円が翼の形に化ける仕組み
ジューコフスキー変換は、 とその逆数を足すだけの対応である[1]。
これで円を写すと、線分になったり楕円になったり、飛行機の翼の断面になったりする。
単位円は線分につぶれる
を入れる。 なので、虚部が打ち消し合う。
像は実軸の から までの線分である[1]。円がぺしゃんこにつぶれた。
が から まで回るあいだに、点は線分の上を往復する。上半分と下半分が同じ場所へ重なる。
半径を変えると楕円になる
とする。 なら虚部が残る。
横の半径が 、縦の半径が の楕円である。
なら と 。 を に近づけると縦がつぶれ、線分に戻っていく。
半径 1 の円は線分になる
半径を変えると楕円になる
中心をずらすと翼の形になる
角が保たれない点がある
を微分する。
これが になるのは と のときである。ほかの点では にならない。
微分が でない点では角が保たれる[3]。 だけが例外で、そこでは角が 倍に開く。
の像は 、 の像は である。線分の両端がちょうどこの 2 点になっていた。
尖りが生まれる仕組み
円が を通ると、像の のところに尖りができる[1]。
角が 倍になる点なので、円のなめらかな曲がりが引き伸ばされる。もとの円で に開いていた向きが、像では に開く。
これが翼の後ろ端の鋭い形になる。前の端は を通らないので、丸いまま残る[2]。
尖った後端と丸い前端。この組み合わせが翼らしい断面をつくっている。

例:中心をずらした円
中心を 、半径を にとる。 なので、円はちょうど を通る。
との距離は で半径より小さい。 は円の内側に入り、通らない。
像は後端が尖り、前端が丸い形になる。上下は対称で、そりのない翼にあたる[2]。
半径を大きくすると厚みが増す。中心をどれだけ左へ寄せるかが、厚みを決めている[2]。
例:そりを付ける
中心を に動かす。半径は を通るように とする。
上下の対称が崩れ、像が反り返る。虚部をどれだけ持ち上げるかが、そりの量になる[2]。
厚みとそりを 2 つの数で調整できる。円という単純な形から、翼という複雑な形が出てくる仕組みである。
例:円の外側がどこへ行くか
の範囲だけを写すと、像は線分の外側全体を 1 対 1 で覆う。
と を入れかえても は同じ値になる。だから円の内側と外側が同じ像へ重なる。
外側だけに限れば重なりが消える。空気の流れを扱うときに外側だけを使うのは、この理由による。
| 式 | |
| 単位円 | 線分 から |
| 半径 の円 | 横 、縦 の楕円 |
| 角が崩れる点 | と |
| を通る円 | 後端が尖る |
| 中心の実部 | 厚みを決める |
| 中心の虚部 | そりを決める |
半径 の円は でどんな形に写るか。
- 横 、縦 の楕円
- 半径 の円
- 線分
円に逆数を足す。それだけの式が、 で角を 倍にひろげ、なめらかな曲線に尖りを生む。











r=2 なら横が 2+21=2.5、縦が 2−21=1.5 である。円のままにならないのは、z1 の項が偏角の符号を反転させて虚部を打ち消す向きに働くため。線分になるのは r=1 のときだけ。