磨镜者公式曲率半径正负号《繁:號》

2025-03-21 22:53:14Biological-SciencesScience

同一个圆中,曲率半径等同于半径吗?曲率半径是形容圆弧弧度的指标,一段圆弧的曲率半径,就是以这段圆弧为一个圆的一部分时,所成的圆的半径。 曲率半径越大,圆弧越平缓,曲率半径越小,圆弧越陡曲率半径不等同于半径. 同一个圆中,曲率半径等同于半径吗?楼上的别乱说,在一个圆里,曲率半径就等于半径

同一个圆中,曲率半径等同于半径吗?

曲率半径是形容圆弧弧度的指标,一段圆弧的曲率半径,就是以这段圆弧为一个圆的一部分时,所成的圆的半径。

娱乐城

曲率半径越大,圆(繁:圓)弧越平缓,曲率半径越小,圆弧越陡

曲率半《读:bàn》径不等同于半径.

同一个圆中,曲率半径等同于半径吗?

楼上的别乱说,在一个圆里,曲率半径就等于半径。

我好歹是工科读到硕士了,相信我,没错(繁:錯)的。

曲率半径如何计算?

平面中两个坐标轴上的变量 x 和 y 之间的关系:

F(x, y) = 0

构{pinyin:gòu}成一个 平面曲线。

三维空间中,三个坐标轴上的变量 x、y 和 z 之间的《读:de》关系:

F(x, y, z) = 0

构成《练:chéng》一个 曲面。

两个曲面的交线,就是 我们将要讨论的主{读:zhǔ}角 空间曲线:

F₁(x, y, z) = 0

F₂(x, y, z) = 0

当 F₁ 满足隐函数定理的[拼音:de]条件时,我们可以 从 方程1 中 解出:

z = G(x, y)

代入《rù》 方程 2 得到:

G₂(x, y) = F₂(x, y, G(x, y)) = 0

同样,当 G₂ 也满足隐函数定理的条件时《繁:時》,则存在:

y = H(x)

再(读:zài),令 x = t,最终就会得到,方程组:

x = x(t) = t

y = y(t) = H(t)

z = z(t) = G(t, H(t))

这就是,空间曲线的 参数方{练:fāng}程。将其写成向量函数形式为:

r(t) = (x(t), y(t), z(t))

曲线的参数表示法,最【pinyin:zuì】早是由 欧拉 引入的,它清楚的表明:

空间曲线 r 是 从 一维空间 R 到澳门新葡京 三维空间(繁:間) R³ 的映射。

也就是shì 说,对于 一维空间 R 中的 每个 点 t 都有 三【sān】维空间 R³ 中的点 r(t) 与之对应,所有的这些 点 r(t),构成整个曲线《繁体:線》。


空间曲线 r,在每一个点 p 点处的 导数,定义为:

r"(t) = (x"(t), y"(t), z"(t))

它[繁:牠]是 p 处的切向量,表示曲线在该点处的变化。

如果,将 空间曲线 r 的参数 t 看成时间轴,则 曲线就是 质点 m 的运动轨迹[繁体:跡],而 p 处的切向量 r"(t) ,就【拼音:jiù】是 m 在 p 点处的 瞬时速度,r"(t) 的方向 是速度方向,|r"(t)| 是速度块慢。


高斯他们很早就发现:曲线参数的选取 和 曲线的形状无关,也就是说,随着参数选取不同,构成曲线的点并没有改变,改变的仅仅从 R的点 到 曲线的点 的对应关系。

例如,对于 曲线,r(t) = (t³, t, 0),我(读:wǒ)们令,t= At,得到:

澳门伦敦人

改变 A 相[读:xiāng]当于 我们选取了不同的 参数 t,见如下动图:

图中,我们(繁体:們)可以看到,随着 A 的变化,曲线形状不变(繁:變),只有 t = 1, 2, 3 所对应的 曲线内位置 在改变。

正因为(繁体:爲),曲线形状保持不变,所(练:suǒ)以 曲线 在 任何一点 p 处的 切线 也是固定不变,从而,p 点处的 切向量 方向 同样不变,如上图,所改变的仅仅是 切向量的长度,因为它表示,曲线弧长随参数[繁:數]的变化率,也就是,上面的 质点 m 运动速度的快慢。

图中,p = (1, 1) 点处 与 t = 1/A 对应,因此 p 处切向(繁:嚮)量为:

r"(1) = (3A³t², A, 0)|_{t=1/A} = (3A, A, 0)

其方向(繁体:嚮)向量为:

极速赛车/北京赛车

显然 和 A 无《繁体:無》关。


为了,保证 研究 曲线的形状 时,不受 参数选择 的影响,我们 可以 通过 适当 选择参数 t = t(s),使得 r 在 新的 参数下的 向量函数 r(s) = r(t(s)) 在每个点 p 的切向量 r"(s) 是 单位向量,即 |r"(s)| = 1。称 s 为自然参数。

这样以来,令 α(s) = r"(s), α 仅仅表示曲线的方向,于是, α" 就是曲线方向的改(gǎi)变,其大小 就表征 曲线的弯曲程度,称为 曲率,记为 κ(s) = |α"(s)|。同{pinyin:tóng}时,令 β(s) = α"(s)/|α"(s)|,来表弯曲方向。

因为(繁:爲):

α ⋅ α = |α|² = 1

于【pinyin:yú】是,

0 = 1" = (α ⋅ α)" = α" ⋅ α α ⋅ α" = 2 α" ⋅ α

故《练:gù》,

α" ⋅ α = 0

这说明 α" ⊥ α ,也就是 β ⊥ α,于是 称 β 和 α 所在平面为 密切平面(miàn)。


对于 自然参数 曲线 r(s),我们同样可以 令 s = s(t),将 r(s),变回 一般参数:

r(t) = r(s(t))

等式shì 两边,关于 t 求导得到:

r"(t) = r"(s) s"(t) = α(s) s"(t) ⋯ ①

于是,切向量方向(繁体:嚮)为:

r"(t) / |r"(t)| =α(s) s"(t) / |α(s) s"(t)| = sing(s"(t)) α(s)

可见,对于 切向量方向,参数改变仅仅只能影响(繁体:響) 的正负定向。

而切向量liàng 大小为:

|r"(t)| = |α(s) s"(t)| = |α(s)| |s"(t)| = |s"(t)|

可见,切向量大小,有完全由参数选择决定,和曲线 r 无(繁体:無)关。

等式(拼音:shì) ① 两边,继续关于 t 求导得到:

r""(t) = (α(s) s"(t))" = (α(s))" s"(t) α(s) s""(t) = α"(s) (s"(t))² α(s) s""(t)

然后,我们将,等式娱乐城[pinyin:shì]两边 分别 与 等式 ① 两边 叉乘,有:

r"(t) × r""(t) = α(s) s"(t) × (α"(s) (s"(t))² α(s) s""(t)) = (α(s) × α"(s)) (s"(t))³ (α(s) × α(s)) s"(t) s""(t) = (α(s) × α"(s)) (s"(t))³

于(读:yú)是,

|r"(t) × r""(t)| = |(α(s) × α"(s)) (s"(t))³| = |α(s) × α"(s)| |s"(t)|³ = |α(s)| |α"(s)| sin ∠ α α" |s"(t)|³

根据[繁:據],

|α(s)| = 1, κ = |α"(s)|, α" ⊥ α, |s"(t)| = |r"(t)|

有[pinyin:yǒu],

|r"(t) × r""(t)| = κ |r"(t)|³

最终得【练:dé】到,一般参数曲线的曲率计算公式:

κ = |r"(t) × r""(t)|/|r"(t)|³


半径为 r( ≥ 0),圆心在原点,位于 XY 平面的 圆 的向量函数为:

r(t) = (r cos t, r sin t, 0)

于是{拼音:shì},

r"(t) = (-r sin t, r cos t, 0)

r""(t) = (-r cos t, -r sin t, 0)

r"(t) × r""(t) = (0, 0, (-r sin t)(-r sin t) - (-r cost)(r cost)) = (0, 0, r²)

|r"(t) × r""(t)| = r²

|r"(t)| = r

根据上面 的 曲率计算公式,我们《繁:們》就可以算出 圆 的曲率为:

幸运飞艇

可见 圆 的曲{pinyin:qū}率是一个常数。


设 自然参数曲线 r 上 p 点的 曲率为 κ,我们称 同样 过 p 点 位于 密切平面的 和 r 在 p 点共切线的,曲率是 κ 的 圆 为 曲率圆,曲率圆的半径 称为 曲率半径。

世界杯下注

因为 圆[拼音:yuán] 的曲率为 κ = 1/r,所以,

曲[繁体:麴]率半径 = 1/κ

这就(拼音:jiù)是曲率半径的计算公式。


关于,最初,例子中的曲线:

r(t) = (t³, t, 0)

有{练:yǒu}:

r"(t) = (3t², 1, 0)

r""(t) = (6t, 0, 0)

r"(t) × r""(t) = (0, 0, -6t)

|r"(t) × r""(t)| = 6|t|

|r"(t)| = √(9t⁴ 1)

κ = 6|t| / (√(9t⁴ 1))³

于是《shì》,

曲(繁体:麴)率半径 = (√(9t⁴ 1))³ / 6|t|


总结:曲率半径 就是 1/κ,因此 计算曲率半径的关键是计算 曲线的曲率 κ,

亚博体育

  • 对于自然参数曲线 r(s),使用定义: κ(s) = |r""(s)|;

  • 对于一般参数曲线 r(t),使用公式: κ(t) = |r"(t) × r""(t)|/|r"(t)|³。

补[拼音:bǔ]充(2020/4/1):

如果 平面曲线 F(x, y) = 0 中的 F 满足 隐函数定理条件,则(繁:則) 存在 函数:

y = f(x)

澳门永利

写成空间参数曲线形式(拼音:shì)为:

r(x) = (x, f(x), 0)

于[拼音:yú]是:

r"(x) = (1, f"(x), 0)

r""(x) = (0, f""(x), 0)

r"(x) × r""(x) = (0, 0, f""(x))

|r"(x) × r""(x)| = |f""(x)|

|r"(x)| = √(1 (f"(x))²)

最后,得到《pinyin:dào》 函数的曲率计算公式:

澳门新葡京

κ(x) = |f""(x)| / (√(1 (f"(x))²))³

最初的例子《练:zi》中,曲线对应的函数为:

y = x³

根据上面的公式,计(繁:計)算 曲率为:

κ(x) = |6x| / (√(1 9x⁴))³

这与上《练:shàng》面的计算结果一致。

上半边(繁体:邊)圆的 函数为:

y = √(r² - x²)

根据[繁体:據]上面的公式,计算 曲率为:

κ(x) = |-(r²/(√(r² - x²))³|/(√(1 (-x/√(r² - x²))²))³ = r²/(√(r² - x²))³ / (√(r² / (r² - x²)))³ = 1/r

这也与上面的计(繁体:計)算结果一致。

本文链接:http://10.21taiyang.com/Biological-SciencesScience/12738202.html
磨镜者公式曲率半径正负号《繁:號》转载请注明出处来源