微分幾何的20 23節筆記

2021-10-08 11:55:02 字數 1964 閱讀 7240

正則曲線(切向量不為零)>>切線》弧長(度量)>>活動標架》曲率撓率》基本公式》基本定理

典例正則曲面》切平面》度量(第一基本形式)>>活動標架》區域性形狀(第二基本形式)>>基本公式》基本定理

光滑曲面(c^無窮)的

r=r(u,v)

u=u0 的u曲線 v=v0 的v曲線 座標曲線

過點與面相切的平面

u曲線的切向量 r』v

v曲線的切向量 r』u

稱為座標向量

座標曲線網:u,v曲線構成典例:

平面:r=r0+ua+vb(a,b不平行)

球面:x^(2) + y^(2) +z^(2) = a^(2) 平角為u 立角v

r=(acosvcosu,acosvsinu,asinv) u在(0,2pi)為了保證區域(區域是開集)v在(-pi/2,p/2)

切平面:

曲面上的一般曲線u=u(t);v=v(t)

r=r(u(t),v(t))

r'=r'uu'+r'vv'(曲線的切向量可由r'u和r'v線性表示,反之如何證明:?)

設ar'u+br'v在切平面,令:曲線為 u=u0+at v=v0+bt

r'=r'ua+r'vb 以上說明:切平面上的任意向量的卻為某一曲線的切向量

t=span

定義:過點p,由r』u和r』v確定的平面 記為:t

方程形式:t=ρ(a,b)=r0+ar』u+br』v

如此可將t寫成:

點法式:(p-r0)chacheng n=0

切平面的單位法向量n:r』u r』v的叉乘除以內積的模

點位式:混合積為零:(p-r0,r』u,r』v)=0

混合積的幾何意義: 幾何上,由三個向量定義的平行六面體,其體積等於三個標量標量三重積的絕對值:

曲面方程的形式

方程的另一形式:隱函式f(x,y,z)=0

由隱函式存在性定理可知:

f』z不等於零則z可表達為xy的顯式函式 其他同理

法向量:▽f=(f』x,f』y,f』z)只要有乙個不等於零,向量不為零

顯示方程表示的函式一定是正則曲面(前提c^k)

隱函式定理

? 存在唯一性定理

? 可微性定理

說得簡單一些吧,現在已經兩個變數之間的乙個關係:f(x,y)=0,能否確定乙個函式關係,即y=f(x)?,由鏈式求導法則可知,對y偏導做分母應不為零。(注:需滿足連續,可導等前提)

隱函式存在定理與幾何解釋

看看以上的變數(t)是否為引數不變數 可定向曲面:若單位法向量眼任意曲線移動後回到原來的位置不變 反例:莫比烏斯帶

σ:d ----》 d~

(u,v)-》(u,v)

滿足:σ是一一的

σ σ-1在d上是ck的

雅可比行列式(叉乘結果為實數) 偏導數(u,v)/偏導數(u,v) 不為零(保證正則性的)

(r』u)=r』u*pianu/painu+r』vpianv/painu~

(r』v)=r』u*pianu/painv+r』vpianv/painv~ 全導數

可得:(u~ , v~)=雅可比矩陣(u,v) 當雅可比矩陣大於零時保證變換是同向的

命題:曲面的切屏面實在引數變換(可允許的)下不變的

上邊的公式已經證明了法線的方向是不變的 同時切點不變 顯然得證

練習題4:

第一小問:不需要證明 交換後仍為正交標價 只需證明其為兩兩正交的單位向量即可

第二小問:正交矩陣進行偶次交換得到的行列式不變(1或-1)

(設a是正交矩陣,

則 aa^t=e,兩邊取行列式得

|aa^t| = |e| = 1

而 |aa^t| = |a||a^t| = |a||a| = |a|^2

所以 |a|^2= 1

所以 |a| = 1 or -1. )

許多計算使用基本公式能十分簡化計算

微分幾何在機械人領域的應用(一)

微分幾何是現代數學領域中的重要分支,在理論探索和實際應用中都是重要學科。大名鼎鼎的高斯 尤拉是微分幾何學派的建立者 是否記得多少公式和定理以這兩人的名字命名 20世紀是微分幾何發展迅猛的100年,中國的數學家也做出過重要貢獻,如陳省身 邱成桐 菲爾茲獎得主 在計算機領域,微分幾何是計算機圖形學的基礎...

矩陣論筆記(七) 矩陣的微分和積分

對矩陣求微分和積分,就是對其每個元素求微分和積分。定義 定理以下是矩陣微分和積分的運算規則,可自行證明 定理一 1 ddt a t b t ddta t ddtb t 2 ddt a t b t b t ddta t a t ddt b t 3 ddt aa t dadt a t ad dta t ...

MATLAB學習筆記 常微分方程的數值解

常微分方程數值求解的命令 求常微分方程的數值解,matlab的命令格式為 t,y solver odefun tspan,y0,options 其中solver選擇ode45等函式名,odefun為根據待解方程或方程組編寫的m檔名,tspan為自變數的區間 t0,tf 即準備在那個區間上求解,y0表...