Высшая матматика том2
.pdf
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
Теперь можно найти производную dydx = ψϕ′′((tt)) . Далее находятся значения параметра t,
при которых хотя бы одна из производных ϕ′(t) или ψ′(t) равна нулю или не существует. Такие значения параметра t называются критическими.
Для каждого интервала (t1, t2), (t2, t3), … , (tk-1, tk) находим соответствующий интервал (x1, x2), (x2, x3), … , (xk-1, xk) и определяем знак производной dydx на каждом из
полученных интервалов, тем самым определяя промежутки возрастания и убывания функции.
Далее находим вторую производную функции на каждом из интервалов и, определяя ее знак, находим направление выпуклости кривой в каждой точке.
Для нахождения асимптот находим такие значения t, при приближении к которым или х или у стремится к бесконечности, и такие значения t, при приближении
ккоторым и х и у стремится к бесконечности.
Востальном исследование производится аналогичным также, как и исследование функции, заданной непосредственно.
На практике исследование параметрически заданных функций осуществляется, например, при нахождении траектории движущегося объекта, где роль параметра t выполняет время.
Ниже рассмотрим подробнее некоторые широко известные типы параметрически заданных кривых.
Уравнения некоторых типов кривых в параметрической форме.
Окружность.
Если центр окружности находится в начале координат, то координаты любой ее точки могут быть найдены по формулам:
x = r cost |
0 ≤ t ≤ 3600 |
|
|
y = r sin t |
|
Если исключить параметр t, то получим каноническое уравнение окружности:
41
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
x2 + y2 = r2(cos2t + sin2t) = r2
Эллипс.
Каноническое уравнение: |
x2 |
+ |
y2 |
=1. |
|
a2 |
b2 |
||||
|
|
|
В
C |
M(x, y) |
t
ОN P
Для произвольной точки эллипса М(х, у) из геометрических соображений
можно записать: |
x |
= a из ОВР и |
y |
= b из OCN, где а- большая полуось |
|
cost |
sin t |
||||
|
|
|
эллипса, а b- меньшая полуось эллипса, х и у – координаты точки М.
Тогда получаем параметрические уравнения эллипса:
x = a costy = bsin t
где 0 ≤ t ≤ 2π
Угол t называется эксцентрическим углом.
Циклоида.
у
|
|
С |
|
|
|
М |
|
К |
πа |
2πа |
|
О |
Р |
В |
х |
Определение. Циклоидой называется кривая, которую описывает некоторая точка, лежащая на окружности, когда окружность без скольжения катится по прямой.
Пусть окружность радиуса а перемещается без скольжения вдоль оси х. Тогда из геометрических соображений можно записать: OB = МВ= at; PB = MK = asint;
MCB = t; Тогда y = MP = KB = CB – CK = a – acost = a(1 – cost).
42
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
x = at – asint = a(t – sint).
Итого: x = a(t −sin t) |
при |
0 ≤ t ≤ 2π - это параметрическое уравнение циклоиды. |
||||||
y = a(1−cost) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Если исключить параметр, то получаем: |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
a − y |
|
|
2 |
|
|
x = 2πa − a arccos |
|
− |
2ay − y |
|
, |
πa ≤ x ≤ 2πa |
||
a |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x = a arccos |
a − y |
− |
2ay − y2 , |
0 ≤ x ≤ πa |
|
a |
|||||
|
|
|
|
||
Как видно, параметрическое |
|
уравнение |
циклоиды намного удобнее в |
||
использовании, чем уравнение, непосредственно выражающее одну координату через другую.
Астроида.
Данная кривая представляет собой траекторию точки окружности радиуса a/4, вращающейся без скольжения по внутренней стороне окружности радиуса a.
a/4
a
Параметрические уравнения, задающие изображенную выше кривую,
|
|
3 |
t |
|
|
x = a cos |
|
, |
0 ≤ t ≤ 2π, |
||
|
|
|
|
||
|
3 |
|
|
|
|
y = a sin |
t |
|
|
||
|
|
|
|
||
Преобразуя, получим: x2/3 + y2/3 = a2/3(cos2t + sin2t) = a2/3
Производная функции, заданной параметрически.
Пусть x = ϕ(t) |
, |
t0 ≤ t ≤ T |
y = ψ(t) |
|
|
43
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
Предположим, что эти функции имеют |
производные и функция x = ϕ(t) имеет |
||||||||||
обратную функцию t = Ф(х). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда функция у = ψ(t) может быть рассмотрена как сложная функция y = ψ[Ф(х)]. |
|||||||||||
|
dy |
= |
dy |
|
dt |
|
= |
dψ(t) |
|
d (x) |
Ф |
|
dx |
|
dt dx |
|
dt |
|
dx |
||||
т.к. Ф(х) – обратная функция, то d dx(x) =Фdϕ1(t) dt
|
dy |
|
|
dψ(t) |
|
|
′ |
|
|
|
dt |
|
|
||
Окончательно получаем: |
= |
|
|
= |
ψ (t) |
||
dx |
|
dϕ(t) |
|
′ |
|||
|
|
|
|
|
|
ϕ (t) |
dt
Таким образом, можно находить производную функции, не находя непосредственной зависимости у от х.
Пример. Найти производную функции |
x2 |
+ |
y2 |
=1 |
|
a2 |
b2 |
||||
|
|
|
Способ 1: Выразим одну переменную через другую y = ± ba
a2 − x2 , тогда
dy |
= ± |
b(−2x) |
= ± |
bx |
dx |
|
|
||
|
2a a2 − x2 |
a a2 − x2 |
||
x = a cost
Способ 2: Применим параметрическое задание данной кривой: y = bsin t .
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
= |
|
|
b cost |
= |
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
− a sin t |
− atgt |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
t |
= |
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
= a |
cos t; |
|
cos |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
1 |
|
=1+ tg |
2 |
t |
|
tg |
2 |
t = −1 |
+ |
a2 |
|
= |
|
a2 |
− x2 |
|
tgt |
= ± |
|
|
a2 |
− x2 |
; |
dy |
= ± |
|
bx |
||||||||
cos2 |
t |
|
|
x2 |
|
|
x2 |
|
|
|
|
|
x |
dx |
a |
a2 − x2 |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Кривизна плоской кривой. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
В |
|
|
|||
44
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
Определение: Угол α поворота касательной к кривой при переходе от точки А к точке В называется углом смежности.
Соответственно, более изогнута та кривая, у которой при одинаковой длине больше угол смежности.
Определение: Средней кривизной Кср дуги AB называется отношение
соответствующего угла смежности α к длине дуги AB .
Kср = α
AB
Отметим, что для одной кривой средняя кривизна ее различных частей может быть различной, т.е. данная величина характеризует не кривую целиком, а некоторый ее участок.
Определение: Кривизной дуги в точке КА называется предел средней
кривизны при стремлении длины дуги AB → 0.
KA = lim Kср = lim α |
|
A→B |
AB→0 AB |
Легко видеть, что если обозначить AB = S, то при условии, что угол α - функция, которая зависит от S и дифференцируема, то
K A = ddSα
Определение: Радиусом кривизны кривой называется величина R = |
1 |
|
. |
|
K A |
||||
|
|
|||
Пусть кривая задана уравнением y = f(x). |
|
|
|
|
y |
|
|
|
|
B
Δϕ
A ϕ ϕ+Δϕ
x
Kcp = |
ϕ |
; |
lim Kcp = |
dϕ |
; |
|
S |
dS |
|||||
|
|
S →0 |
|
45
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dϕ |
|
|
|
|
|
|
dϕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Если ϕ = ϕ(x) и S = S(x), то |
|
= |
|
|
dx |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
dS |
|
|
dS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d 2 y |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dy |
|
|
|
|
|
ϕ = arctg dy |
|
|
dϕ |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
В то же время |
|
|
= tgϕ; |
|
= |
|
|
dx2 |
. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
dx |
dx |
|
|
dy 2 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
||
Для дифференциала дуги: |
dS |
|
= |
|
|
1+ |
dy |
2 |
, тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dϕ |
|
|
|
|
|
d 2 y / dx2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dϕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1+ (dy |
/ dx)2 |
|
|
|
|
d 2 y / dx2 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
dx |
|
= |
= |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dS |
|
dS |
|
1+ |
(dy / dx)2 |
|
|
|
dy 2 |
3 / 2 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
+ |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d 2 y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Т.к. |
|
K A |
|
= |
|
dϕ |
|
|
= |
|
|
|
|
dx2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В других обозначениях: |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
dS |
|
|
dy 2 |
3 / 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
K A |
|
= |
|
y′′ |
|
|
. |
|
|
|
|
||||
|
[1 |
′ |
2 |
3 / 2 |
|||
|
|
||||||
|
|
|
+ ( y ) |
] |
|
||
Рассмотрим кривую, заданную уравнением: y = f(x).
A
C(a, b)
Если построить в точке А кривой нормаль, направленную в сторону выпуклости, то можно отложить отрезок АС = R, где R – радиус кривизны кривой в точке А. Тогда точка С(a, b) называется центром кривизны кривой в точке А.
Круг радиуса R с центром в точке С называется кругом кривизны.
Очевидно, что в точке А кривизна кривой и кривизна окружности равны.
Можно показать, что координаты центра кривизны могут быть найдены по формулам:
|
′ |
+ y |
′2 |
) |
|
a = x − |
y (1 |
|
; |
||
|
y′′ |
|
|
||
|
|
|
|
|
b = y + 1+yy′′′2 ;
46
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
Определение: Совокупность всех центров кривизны кривой линии образуют новую линию, которая называется эволютой по отношению к данной кривой. По отношению к эволюте исходная кривая называется эвольвентой.
Приведенные выше уравнения, определяющие координаты центров кривизны кривой определяют уравнение эволюты.
Свойства эволюты.
Теорема 1: Нормаль к данной кривой является касательной к ее эволюте.
Теорема 2: Модуль разности радиусов кривизны в любых точках кривой равен модулю длины соответствующей эволюты.
|
|
С3 |
||
|
|
|
|
|
|
С2 |
|
R2 − R1 |
= C1C2 |
|
|
|
|
|
R1 |
С1 |
|
R3 − R2 |
= C2C3 |
R2 |
R3 |
|||
M1 |
|
|
|
|
M’1 |
M2 |
M3 |
||
M’2
M’3
Надо отметить, что какой – либо эволюте соответствует бесконечное число эвольвент. Указанные выше свойства можно проиллюстрировать следующим образом: если на эволюту натянута нить, то эвольвента получается как траекторная линия конца нити при ее сматывании или разматывании при условии, что нить находится в натянутом состоянии.
Пример: Найти уравнение эволюты кривой, заданной уравнениями:
x = a(cost +t sin t)y = a(sin t −t cost)
x = a(−sin t + sin t +t cost) = at costy = a(cost − cost +t sin t) = at sin t
|
|
|
y |
′ |
= |
y |
= tgt; |
|
|
′ 2 |
= sec |
2 |
t, |
|||||
|
|
|
x |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
1+ ( y ) |
|
||||||||||||
|
′′ |
|
d(tgt) |
|
d(tgt) |
|
dt |
|
2 |
|
1 |
|
|
|
sec3 t |
|||
y |
= |
|
dx |
|
= |
dt |
dx |
= sec |
|
t x |
= |
at |
||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||
47
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
|
|
|
at sec |
2 |
t |
|
||
|
p = a(cost +t sin t) − |
|
tgt = a cost |
|||||
|
3 |
t |
|
|
||||
Уравнения эволюты: |
|
|
sec |
|
|
|
||
|
at sec2 t |
|
||||||
|
|
|
||||||
|
q = a(sin t −t cost) + |
|
|
|
|
|
|
= a sin t |
|
|
sec |
3 |
t |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
Окончательно: |
p = a cost |
- это уравнения окружности с центром в начале координат |
|
||
|
q = a sin t |
|
радиуса а. Исходная кривая получается своего рода разверткой окружности. Ниже приведены графики исходной кривой и ее эволюты.
|
|
15 |
|
|
|
10 |
|
|
|
5 |
|
-10 |
-5 |
5 |
10 |
|
|
-5 |
|
|
|
-10 |
|
|
|
-15 |
|
48
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
Кривизна пространственной кривой.
z |
|
|
A(x, y, z) |
B |
r |
r + r |
r |
0 |
y |
x
Для произвольной точки А, находящейся на пространственной кривой, координаты могут быть определены как функции некоторой длины дуги S.
x = ϕ(S); y = ψ(S); z = f(S); rG = rG(S) = ϕ(S)i + ψ(S) j + f (S)k;
Приведенное выше уравнение называют векторным уравнением линии в
пространстве.
Определение: Линия, которую опишет в пространстве переменный радиус – вектор r (S) при изменении параметра S, называется годографом этого вектора.
rG = AB
, тогда
S AB
А(x, y, z).
Но т.к.
касательной.
dr |
= lim |
r |
- вектор, направленный по касательной к кривой в точке |
|
dS |
S |
|||
S →0 |
|
lim |
|
AB |
|
=1, |
то aG = |
dr |
- единичный вектор, направленный по |
|
|
|
|||||
|
|||||||
|
|
|
dS |
||||
A→B |
|
|
|
|
|||
|
|
AB |
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
dx |
G |
|
|
dy |
G |
|
|
dz |
G |
||||||||
Если принять r |
= xi + yj |
+ zk , то a |
= |
|
|
i |
+ |
|
|
|
j |
+ |
|
|
k . |
|||||||||||||||
dS |
dS |
dS |
||||||||||||||||||||||||||||
dx 2 |
dy 2 |
dz |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Причем |
|
|
+ |
|
|
+ |
|
|
|
=1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
dS |
dS |
dS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d 2 rG |
|
|
d |
drG |
|
|
|
daG |
|
||||||||||
Рассмотрим вторую производную |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
; |
||||||||||||
|
dS |
2 |
|
dS |
|
|
|
dS |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dS |
|
|
|
|
||||||||||
49
Ларин Александр Александрович “Курс высшей математики. Часть 2.”
Определение: Прямая, имеющая направление вектора |
da |
называется главной |
||||||||
dS |
||||||||||
нормалью к кривой. Ее единичный вектор обозначается n . |
|
|||||||||
|
|
|||||||||
|
da |
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= K n |
, где К – кривизна кривой. |
|
|
|||||
|
dS |
|
|
|||||||
|
|
|
|
d 2 rG |
= |
nG |
; |
|
|
|
|
|
|
|
dS 2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
R |
|
|
|||
Кривизна пространственной кривой может быть найдена по формуле:
K =
(rG′×rG′′)2
[(rG′)2 ]3
Возможна и другая запись формулы для кривизны пространственной кривой (она получается из приведенной выше формулы):
|
|
2 G |
2 |
|
d |
2 G |
|
|
2 |
x |
2 |
|
2 |
y |
2 |
|
2 |
z |
2 |
||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
K = |
|
d |
|
r |
|
= |
|
r |
= |
|
d |
|
|
|
d |
|
|
|
d |
|
|
||||
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
dS |
|
|
2 |
+ |
|
|
+ |
|
2 |
|||||||||||||
|
dS |
|
|
|
|
|
dS |
|
|
dS |
|
|
dS |
|
|
||||||||||
Определение: Вектор |
d 2 rG |
называется вектором кривизны. Величина ρ = |
1 |
||||||||||||||||||
dS 2 |
K |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
называется радиусом кривизны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
О формулах Френе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Формулами Френе называются соотношения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
daG |
= |
nG |
; |
|
db |
= |
nG |
; |
dnG |
= − |
aG |
|
− |
b |
; |
|
||||
|
dS |
|
|
dS |
|
|
R |
|
|
||||||||||||
|
|
R |
|
|
T |
dS |
|
|
T |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
nG = b ×aG; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Последняя формула получена из двух первых. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
В этих формулах: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n - единичный вектор главной нормали к кривой, |
|
||||||||||||||||||||
b - единичный вектор бинормали, |
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
R – радиус кривизны кривой R = |
|
|
|
, |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
|
|
|
|
|||||
Т – радиус кручения кривой.
Определение: Плоскость, проходящая через касательную и главную нормаль к кривой в точке А называется соприкасающейся плоскостью.
Определение: Нормаль к кривой, перпендикулярная к соприкасающейся плоскости, называется бинормалью. Ее единичный вектор- b .
db |
|
1 |
|
db |
|
1 |
G |
|
= |
|
; |
|
= |
|
n; |
dS |
T |
dS |
T |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
50
