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. )
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