Проще рассматривать в полярных координатах.
Путь есть две концентрические окружности с радиусами
и
. Вы хотите, чтобы некоторая кривая касалась внешним образом внутренней окружности, а внутренним внешней, то есть располагалась между ними.
Очевидно, что любая гладкая кривая, имеющая минимумы на меньшей и максимумы на большей окружности (с некоторыми оговорками), будет удовлетворять Вашим требованиям.
Вам нужны кривые специального вида, типа искривлённых синусоид.
Например,
Без ограничения общности можно даже считать
.
При различных значениях параметра
кривая будет касаться окружностей в различном количестве точек, либо всюду плотно заполнять кольцо.
Правда, эта модель вряд ли точно отражает физические процессы, подразумеваемые Вами.