geometry24
.pdfОпределение. Линия на поверхности называется линией кривизны,если ее направление в каждой точке является главным направлением.
Если координатные линии на поверхности являются линиями кривизны,то коэффициенты F первой квадратичной формы и M второй квадратичной формы равны нулю. F = 0 в силу ортогональности координатной сети,а M = 0 в силу сопряженности.
§110.Связь между главными кривизнами и нормальной кривизной
Выразим нормальную кривизну поверхности в произвольном направлении через нормальные кривизны.Введем прямоугольную систему координат Oxyz,приняв касательную плоскость поверхности в произвольной точке O за плоскость xy, а нормаль поверхности за ось z.Выберем оси x и y так,чтобы они совпадали с главными направлениями в точке O.
Пусть z = z(x, y) уравнение поверхности в окрестности точки O при таком выборе системы координат.В точке O zx = 0, zy = 0.Поэтому в точке O
I = dx2 + dy2,
II = rdx2 + 2sdxdy + tdy2.
Так как направления (0 : dy) и (δx : 0) в точке O главные направления,сопряжены,то s = 0 и,следовательно,
II = rdx2 + tdy2.
Отсюда нормальная кривизна в произвольном направлении (dx : dy)
rdx2 + tdy2 k = dx2 + dy2 .
Взяв направления (0 : dy) и (δx : 0),видим,что r и t являются главными кривизнами.
Пусть угол,образуемый произвольным направлением (dx : dy) с главным направлением (δx : 0), k нормальная кривизна в этом направлении, k1 и k2 главные кривизны,соответствующие направлениям (δx : 0) и (0 : dy) соответственно.Тогда из выражения нормальной кривизны получается формула Эйлера для нор-
мальной кривизны в произвольном направлении
k = k1 cos2 + k2 sin2 .
Для получения нормальной кривизны в произвольном направлении достаточно знать главные кривизны.
Найдем выражения для главных кривизн в случае произвольного задания поверхности.
Пусть k1 и k2 главные кривизны поверхности и пусть для определенности k1 ≥ k2 .В этом случае k1 является максимумом,а k2 минимумом отношения квадратичных форм
II L 2 + 2M + N 2
I = E 2 + 2F + G 2 .
Пусать ¯ значения переменных ,при котором это отношение достигает мак-
, ¯ ,
симума(существование таких , нам уже известно).Тогда для всех , II − k1I 0,
211
причем для ¯
= ,
ний то есть
= ¯ достигается равенство.Отсюда следует,что для этих значе-
(II − k1I)0 = 0, (II − k1I)0 = 0,
¯ |
¯ |
L + M ¯ − k1 |
(E + F ¯) = 0, |
¯ |
¯ |
M + N ¯ − k1(F + G¯) = 0.
¯ |
и ¯,получим уравнение для k1 : |
|||
Исключая из этих равенств |
||||
" |
− |
− |
" |
|
" |
L k E M |
k1F |
" |
|
" |
M− k11F N |
−k1G |
" |
= 0. |
" |
|
|
" |
|
Таким образом,получено уравнение для главных кривизн.Разложив его на сумму определителей,его можно записать в другом виде:
k2(EG − F 2) − k(LG − 2MF + NE) + (LN − M2) = 0.
212
ЛЕКЦИЯ33.НЕКОТОРЫЕ ТИПЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ
§111.Средняя и гауссова кривизны
Определение. Полусумма главных кривизн поверхности называется средней кривизной поверхности:
H = k1 + k2 .
2
Если k и k + /2 нормальные кривизны поверхности в двух взаимно перпендикулярных направлениях,то их полусумма равна средней кривизне поверхности.
Действительно,по формуле Эйлера имеем
k = k1 cos2 + k2 sin2 ,
k + /2 = k1 cos2( + /2) + k2 sin2( + /2) = k1 sin2 + k2 cos2 .
Складываем полученные значения:
k + k + /2 = k1 cos2 + k2 sin2 + k1 sin2 + k2 cos2 = k1 + k2,
откуда и получаем требуемое.
Среднее значение нормальных кривизн поверхности в данной точке
1 Z 2
2 0
k d
равно средней кривизне поверхности в этой точке.И это свойство также получается сразу из формулы Эйлера:
1 |
|
Z0 |
2 |
|
||||
|
|
|
k |
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
Z0 |
|||||
|
|
1 |
|
|
2 |
|||
= |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||
2 |
|
Z0 |
||||||
= k1 |
|
1 |
|
|||||
|
|
|||||||
2 |
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
d = |
|
Z0 |
(k1 cos2 + k2 sin2 )d = |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
1 + cos 2 |
|
|
cos 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
k1 |
|
|
|
|
|
+ k2 |
1 |
− |
|
|
d = |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2 |
1 + |
cos 2 |
|
|
|
|
1 |
|
2 1 |
cos 2 |
|
k |
1 |
+ k |
2 |
|
||||
|
|
|
d + k2 |
|
|
Z0 |
|
− 2 |
d = |
|
|
. |
||||||||
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
Определение. Произведение главных кривизн поверхности называется гауссовой или полной кривизной поверхности:
K = k1k2.
Средняя и гауссова кривизны поверхности легко выражаются через коэффициенты первой и второй квадратичных форм из квадратного уравнения для главных кривизн по формулам Виета:
H = |
1 |
LG − 2MF + NE |
, K = |
LN − M2 |
. |
|
|||||
|
2 EG − F 2 |
|
EG − F 2 |
Знак гауссовой кривизны определяется знаком LN −M2 .Поэтому гауссова кривизна положительна в эллиптических точках,отрицательна в гиперболических и равна нулю в параболических точках и точках уплощения.
213
Пусть M произвольное множество точек на поверхности.Отложим от произвольной точки O единичные векторы нормалей к поверхности точек множества M .Концы этих нормалей образуют некоторое множество M0 на единичной сфере(рис. 1).Это множество называется сферическим изображением множества M .
Теорема111.1. (Гаусс)Отношение площади сферического изображения области на поверхности к площади этой области стремится к абсолютному значению гауссовой кривизны в данной точке O поверхности,когда область стягивается к этой точке.
§112.Геометрический смысл второй квадратичной формы поверхности
С помощью второй квадратичной формы поверхности производится изучение пространственного строения окрестности точки на поверхности.Обозначим
2h = Ldu2 + 2Mdudv + Ndv2.
Величина h с точностью до малых более высокого порядка относительно du, dv равна расстоянию от точки M0 поверхности с координатами (u + du, v + dv) до касательной плоскости в точке M с координатами (u, v),причем расстояние берется со знаком,в зависимости от того,с какой стороны от расположена точка M .Это сразу получается,если уравнение поверхности записать в системе координат с началом в точке M ,в которой касательная плоскость к поверхности в точке M является плоскостью xy,а нормаль осью z.Если вторая квадратичная форма знакоопределенная,то поверхность в достаточно малой окрестности этой точки располагается по одну сторону от касательной плоскости в данной точке,и в этом случае точка M эллиптическая(рис. 2).
Если вторая квадратичная форма знакопеременная,то поверхность в окрестности точки M располагается по разные стороны от плоскости ,и точка M гиперболическая(рис. 3).
Если вторая квадратичная форма знакоопределенная,но принимает нулевые значения при не равных нулю одновременно du и dv,то точка M параболическая(рис. 4).
§113.Линейчатые поверхности
214
Определение. Линейчатой поверхностью называется поверхность,описанная движением прямой,называемой образующей,пересекающей при движении некоторую кривую γ ,называемую направляющей поверхности.
Пусть уравнение направляющей кривой γ имеет вид % = %(u), u 2 ( ,β ), а единичный вектор образующей d в точке,соответствующей значению параметра u, есть µ(u) (рис. 5).
Уравнение линейчатой поверхности S ,образованной движением образующей d, пересекающей направляющую γ ,имеет вид
r(u, v) = %(u) + vµ(u), u 2 ( ,β ), v 2 R,
где r(u, v) радиус-вектор произвольной точки P (u, v) на поверхности S . Поскольку ru = %0u + vµ0u , rv = µ(u),то нормальный вектор линейчатой поверх-
ности имеет вид
n = [ru, rv] = [%0u, µ] + v[µ0u, µ].
Первая квадратичная форма линейчатой поверхности с учетом µ2 = 1, (µ0u, µ) = 0 имеет вид
I = dr2 = ((%0u + µ0uv)du + µ(u)dv)2 =
= (%0u2 + 2(%0u, µ0u)v + µ0u2v2)du2 + 2(µ,% 0u)dudv + dv2.
Определение. Линейчатая поверхность называется развертывающейся,если ее касательная плоскость остается неизменной вдоль прямолинейной образующей,в противном случае линейчатую поверхность называют косой поверхностью.
Рассмотрим три примера,исчерпывающие класс развертывающихся линейчатых поверхностей.
Коническая поверхность с вершиной в точке M(%0) и направляющей % = %(u) имеет уравнение
r(u, v) = %0 + vµ(u),
где µ единичный вектор,коллинеарный % − %0 ,и тем самым,является линейчатой поверхностью(рис. 6).На-
правление нормального вектора,вычисленного в произ- вольной точке образующей,остается неизменным,так как
n(u, v) = [µ0u, µ]v.
Таким образом,коническая поверхность есть развертывающаяся поверхность,и ее первая квадратичная форма имеет вид
215
I = dr2 = µ0u2v2du2 + dv2.
Цилиндрическая поверхность с направляющей % = %(u) и образующей с постоянным единичным направляющим вектором µ имеет уравнение
r(u, v) = %(u) + vµ,
и для нее нормальный вектор n(u, v) = [%0u, µ] остается неизменным вдоль образующей,т.е.всякая цилиндрическая поверхность является развертывающейся,а ее первая квадратичная форма
I = %0u2du2 + 2(%0u, µ)dudv + dv2.
Поверхность,образованная касательными к некоторой кривой % = %(u) также является развертывающейся поверхностью.Действительно,для указанной поверхности направляющий вектор образующей µ(u) = %0(u),а поэтому нормальный вектор касательной плоскости в произвольной точке образующей совпадает с вектором [%00uu, %0u]v и не меняет своего направления.
Следовательно,поверхность касательных является развертывающейся поверхностью,а ее первая квадратичная форма имеет вид
I = (%0u + v%00uu)2du2 + 2(%0u2 + v(%00uu, %0u))dudv + %0u2dv2.
Развертывающиеся поверхности характеризуются тем,что касательная плоскость к ним в различных точках одной и той же образующей неизменна.Совокупность всех касательных плоскостей развертывающейся линейчатой поверхности представляет собой однопараметрическое семейство.Иначе говоря,развертывающаяся линейчатая поверхность является огибающей однопараметрического семейства плоскостей.
§114.Поверхности вращения
Определение. Поверхность F называется поверхностью вращения,если она образуется вращением некоторой кривой вокруг оси.Линии пересечения поверхности с плоскостями,проходящими через ось вращения,называются меридианами,а линии пересечения с плоскостями,перпендикулярными оси,называются
параллелями (рис. 7).
Составим уравнение поверхности вращения,которая образуется при вращении кривой γ
x = x(u), z = z(u), (x ≥ 0)
расположенной в плоскости xz,вокруг оси z.Точка (x(u), 0, z(u)) кривой γ при повороте кривой на угол v переходит в точку
(x(u) cos v, x(u) sin v, z(u)).
216
Отсюда уравнение поверхности вращения
x = x(u) cos v, y = x(u) sin v, z = z(u).
Линии u = const являются меридианами,а v = const параллелями.Найдем первую квадратичную форму поверхности:
ru = (x0(u) cos v, x0(u) sin v, z0(u)), rv = (−x(u) sin v, x(u) cos v, 0), E = (ru, ru) = x02 + z02, F = 0, G = x2,
откуда
I = (x02 + z02)du2 + x2dv2.
Меридианы и параллели поверхности образуют ортогональную сеть,поскольку F = 0.Геометрически это очевидно.
Найдем вторую квадратичную форму поверхности:
|
|
ruu = (x00(u) cos v, x00(u) sin v, z00(u)), ruv = (−x0(u) sin v, x0(u) cos v, 0), |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rvv = (−x(u) cos v, −x(u) sin v, 0), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
= p |
|
|
|
= p |
|
|
|
|
|
|
= xp |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
откуда |
|
|
|
|
EG − F 2 |
EG |
(x02 + z02)x2 |
x02 + z02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
" |
x00 cos v |
|
|
x00 sin v |
|
|
|
z00 |
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
−x0 sin v |
|
x0 cos v |
0 |
" |
|||||||||||||||||||||||||
|
x0 cos v |
|
|
|
x0 sin v |
|
|
|
|
z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x0 cos v |
|
|
|
x0 sin v |
|
|
z0 |
|||||||||||||||||||||||
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
z00x0 |
|
|
z0x00 |
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
||||||||||||||
|
" |
|
x sin v |
|
|
|
x cos v |
|
|
|
|
0 |
" |
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
x sin v |
|
|
x cos v |
0 |
" |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
" |
− |
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
" |
|||||||||||||||||||||||||
L = |
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
= |
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
, M = |
" |
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
= 0, |
|||||||||||
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
(x0 |
2 |
+ z0 |
2 |
)x |
2 |
|
|
|
|
|
(x0 |
2 |
|
|
2 |
) |
|
|
(x0 |
2 |
+ z0 |
2 |
)x |
2 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
+ z0 |
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
x cosp |
|
x sin v |
0 |
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x0 cos v |
|
|
x0 sin v |
|
|
|
z0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
xz0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
x sin v |
|
|
x cos v |
|
|
|
0 |
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
N = |
|
" |
|
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
= |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
" |
x0 |
2 |
+ z0 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(x0 |
2 |
+ z0 |
2 |
)x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p Отсюда |
|
|
|
z00 |
x0 − z0x00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
z0x |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II = |
du2 + |
|
|
|
|
|
|
dv2. |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
px02 + z02 |
|
|
|
|
|
px02 + z02 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Параллели и меридианы образуют сопряженную сеть |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(M = 0).Значит,параллели и меридианы являются |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
линиями кривизны. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты I и II зависят только от u. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Найдем главные кривизны поверхности враще- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния.Пусть k1 |
кривизна меридиана, k2 кривиз- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на параллели, угол,образованный касательной |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
меридиана с осью поверхности.Так как плоскость |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
меридиана содержит нормаль к поверхности,то нор- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мальная кривизна поверхности в направлении мери- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
диана равна кривизне меридиана,т.е. |
|
k1 .Для кри- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
визны поверхности в направлении параллели по тео- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
реме Мёнье получаем значение k2 cos (радиус кри- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
визны окружности,которая является параллелью, |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
равен ее радиусу).Величина |
|
k2 cos имеет простой |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
геометрический смысл.Именно,если обозначить d |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
длину отрезка нормали поверхности до точки пере- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сечения с осью,то |
|
k2 cos = 1/d. |
|
|
|
|
|
|
|
|
217
ЛИТЕРАТУРА
1.Александров П.С. “Лекции по аналитической геометрии”,М.: “Наука”, 1968, 912с.
2.Балк М.Б.,Болтянский В.Г. “Геометрия масс”,М.: “Наука”, 1987, 160с.
3.Беклемишев Д.В. “Курс аналитической геометрии и линейной алгебры”,М.: “Высшая школа”, 1998, 320с.
4.Беклемишева Л.А.,Петрович А.Ю.,Чубаров И.А. “Сборник задач по анали-
тической геометрии и линейной алгебре”,М.:Физматлит, 2001, 496с.
5.Н.В.Ефимов Н.В. “Высшая геометрия”,М.: “Наука”, 1971, 576с.
6.Иванова Е.Е. “Дифференциальное исчисление функций одного переменного”, Изд-во МГТУ им.Баумана, 1998, 407с.
7.Ильин В.А.,Позняк Э.Г. “Аналитическая геометрия”,М.: “Наука”, 1999, 224с.
8.Клейн Ф. “Неевклидова геометрия”,М.-Л.:ОНТИ НКТП СССР, 1936, 356с.
9.Кудрявцев Л.Д. “Курс математического анализа”.Т.1.Дифференциальное и интегральное исчисления функций одной переменной,Дрофа, 2008, 704с.
10.Кузютин В.Ф.,Зенкевич Н.А.,Еремеев В.В. “Геометрия”,Лань, 2003, 416с.
11.Моденов П.С.,Пархоменко А.С. “Сборник задач по аналитической геометрии”,
М.: “Наука”, 1976, 384с.
12.Мусхелишвили Н.И. “Курс аналитической геометрии”,М.: “Высшая школа”, 1967, 655с.
13.Постников М.М. “Аналитическая геометрия”,М.: “Наука”, 1973, 754с.
14.Прасолов В.В.,Тихомиров В.М. “Геометрия”,М.:Изд-во МЦНМО, 2007, 328с.
15.Погорелов А.В. “Дифференциальная геометрия”,М.: “Наука”, 1974, 176с.
16.Рашевский П.К. “Курс дифференциальной геометрии”,Л.:ГИТТЛ, 1950, 428 с.
17.Троицкий Е.В. “Аналитическая геометрия”,Изд-во МГУ, 2003, 118с.
18.Чернавский А.В. “Лекции по дифференциальной геометрии.ЧастьIII.Кривые и поверхности”, http://higeom.math.msu.su/people/chernavski/chern3.pdf
19.Энциклопедия элементарной математики.Т. 5.Геометрия.М.: “Наука”, 1966, 624с.
218
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Лекция1.Некоторые сведения из алгебры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
1 |
§ 1.Определители второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
1 |
§ 2.Определители третьего порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
3 |
§ 3.Основные свойства определителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
3 |
§ 4.Система трех линейных уравнений с тремя неизвестными с определителем, |
|
отличным от нуля. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
6 |
§ 5.Понятие определителя любого порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
7 |
Лекция2.Векторы в пространстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
9 |
§ 6.Векторы и линейные операции над ними . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
9 |
§ 7.Линейная зависимость и независимость векторов.Базис . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
13 |
Лекция3.Центр масс.Скалярное произведение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
17 |
§ 8.Деление отрезка в данном отношении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
17 |
§ 9.Барицентрические координаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
18 |
§10.Скалярное произведение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
19 |
Лекция4.Площадь,объем и ориентация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
22 |
§11.Ориентированная площадь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
22 |
§12.Ориентированный объем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
23 |
§13.Векторное и смешанное произведения векторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
24 |
§14.Двойное векторное произведение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
26 |
Лекция5.Замены координат.Системы координат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
28 |
§15.Замены координат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
28 |
§16.Прямоугольные системы координат и ортогональные матрицы . . . . . . . . . . . . . |
30 |
§17.Углы Эйлера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
32 |
§18.Полярные,сферические и цилиндрические координаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
34 |
Лекция6.Прямые на плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
36 |
§19.Алгебраические кривые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
36 |
§20.Различные виды уравнений прямой на плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
37 |
§21.Взаимное расположение двух прямых на плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
40 |
Лекция7.Прямые и плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
42 |
§22.Пучки прямых на плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
42 |
§23.Прямая на плоскости в прямоугольной системе координат . . . . . . . . . . . . . . . . . |
43 |
§24.Различные виды уравнений плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
44 |
Лекция8.Плоскости и прямые в пространстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
48 |
§25.Взаимное расположение плоскостей в пространстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
48 |
§26.Пучки и связки плоскостей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
48 |
§27.Плоскость в прямоугольной системе координат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
49 |
§28.Прямая в пространстве . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
50 |
§29.Некоторые формулы в прямоугольной системе координат . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
51 |
Лекция9.Эллипс,гипербола,парабола . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
54 |
§30.Геометрические определения эллипса,гиперболы и параболы . . . . . . . . . . . . . . |
54 |
§31.Эллипс,гипербола и парабола как конические сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
54 |
219
§32.Аналитическое определение коник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
57 |
Лекция10.Полярные уравнения коник.Общая теория . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
61 |
§33.Фокальный параметр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
61 |
§34.Полярные уравнения коник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
61 |
§35.Параметрические уравнения коник . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
62 |
§36.Общая теория кривых второго порядка.Канонические уравнения . . . . . . . . . . |
63 |
Лекция11.Определение вида и расположения кривых . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
69 |
§37.Примеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
69 |
§38.Инварианты многочлена второй степени . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
72 |
§39.Полуинвариант . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
73 |
Лекция12.Вид кривой и инварианты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
75 |
§40.Определение канонического уравнения по инвариантам . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
75 |
§41.Распадающиеся кривые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
77 |
§42.Центры кривых второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
77 |
§43.Асимптотические направления кривых второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
80 |
Лекция13.Диаметры кривой второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
82 |
§44.Диаметры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
82 |
§45.Сопряженные диаметры и направления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
83 |
§46.Главные диаметры и направления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
85 |
Лекция14.Касательная.Аффинные преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
88 |
§47.Касательная к кривой второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
88 |
§48.Оптические свойства эллипса,гиперболы и параболы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
89 |
§49.Аффинные преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
91 |
Лекция15.Движения и подобие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
95 |
§50.Движения и изометрические преобразования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
95 |
§51.Движения плоскости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
95 |
§52.Движения пространства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
97 |
§53.Подобие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
99 |
Лекция16.Поверхности второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
101 |
§54.Поверхности второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
101 |
Лекция17.Основные виды поверхностей второго порядка . . . . . . . . . . . . . . |
107 |
§55.Эллипсоид . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
107 |
§56.Однополостный гиперболоид . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
107 |
§57.Двуполостный гиперболоид . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
110 |
§58.Конус второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
110 |
§59.Эллиптический параболоид . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
111 |
§60.Гиперболический параболоид . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
112 |
§61.Нераспадающиеся цилиндры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
113 |
Лекция18.Общая теория поверхностей второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . |
115 |
§62.Центры поверхностей второго порядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
115 |
§63.Пересечение поверхности второго порядка с прямой . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
116 |
§64.Определение вида и расположения поверхности второго порядка . . . . . . . . . . . |
118 |
Лекция19.Элементы проективной геометрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
121 |
220