- •1.Векторная функция скалярного аргумента
- •2. Кривые в пространстве, длина кривой.
- •3.Две леммы о векторной функции скалярного аргумента.
- •4.Сопровождающий трехгранник кривой.
- •5.Соприкасающаяся окружность. Кривизна и кручение кривой.
- •6. Формулы Френе.
- •7. Вычисление кривизны и кручения
- •1. Натуральная параметризация.
- •2. Произвольная параметризация.
- •Касательная плоскость и нормаль к поверхности
- •Уравнение касательной плоскости имеет вид
- •9. Первая квадратичная форма поверхности
- •Площадь поверхности.
- •10.Криволинейные системы координат.
- •2) Сферическая система координат.
- •11.Дифференцирование скалярного поля.
- •12.Дифференцирование векторного поля.
- •13)Оператор Гамильтона. Дифференцирование произведений.
- •14.Дифференциальные операции второго порядка над полями.
- •15)Поверхностный интеграл первого рода.
- •21.Инвариантное определение операций div, grad, rot…
- •28.Ряды Фурье по общим ортогональным системам.
- •30.Замкнутость и полнота ортогональных систем функций. Замкнутость тригонометрической системы.
- •32.Интегральная формула Фурье.
3.Две леммы о векторной функции скалярного аргумента.
4.Сопровождающий трехгранник кривой.
уравнение прямой по направлению вектора r’ (t): где X, Y, Z координаты точек прямой.
Вектор называется единичным вектором касательной. Плоскость, проходящая через точку M кривой, перпендикулярно касательной в этой точке, называется нормальной плоскостью в точке M.
Уравнение нормальной плоскости имеет вид: или .Определение 1.18 Соприкасающейся плоскостью кривой L в точке M0 называется предел, к которому стремится при M → M0переменная плоскость πм , проходящая через касательнуюM0 T к кривой Lc в точке M0 и переменную точку M кривой L.
Плоскость π называется пределом при M → M0переменной плоскости πM, проходящей через касательную M0T к кривой L в точке M0 и переменную точку M если угол между плоскостями π и πм стремится к нулю.
уравнение соприкасающейся плоскости или .
Любая прямая, проходящая через точку M кривой L перпендикулярно касательной к кривой в этой точке называется нормалью кривой L в точке M.
Нормаль, расположенная в соприкасающейся плоскости кривой L в точке M называется главной нормалью, а нормаль, перпендикулярная соприкасающейся плоскости – бинормалью.
Плоскость, проходящая через касательную и бинормаль называется спрямляющей плоскостью.
Ур-е нормали кривой L в точке соотв. зн. параметра t0
ур-е спрямляющей плоскости
Совокупность построенных прямоугольных координатных осей и координатных плоскостей называется сопровождающим трехгранником кривой (трехгранником Френе).
Рассмотрим натуральную параметризацию кривой r(l). Будем обозначать производную век торной функции по натуральному параметру точкой сверху: в случае натуральной параметризации кривой, единичный вектор касательной выглядит следующим образом:
Прежде мы негласно выбрали следующие направления: вектор касательной направлен в сторону вектора , вектор главной нормали направим в сторону вектора , а вектор бинормали направим так, чтобы векторы τ,n, β образовывали правую тройку. Тогда имеют место соотношения
5.Соприкасающаяся окружность. Кривизна и кручение кривой.
6. Формулы Френе.
Найдём производные от векторов , , :
, . Очевидно, что =0, то есть .
Следовательно, имеем: ( далее это ) , где - кручение линии ( по теореме 2 §1.). .
Мы получили формулы Френе: , Можно обозначить матрицу , в которой построчно записаны координаты векторов , , в базисе . Очевидно, что ,
7. Вычисление кривизны и кручения
1. Натуральная параметризация.
если задана линия , то , , . Найдём кривизну линии . Так как и , то: .
Найдём : .
Найдём смешанное произведение векторов , , :
Так как , и , то
.
Следовательно, мы получили выражение для кручения линии : .