曲線和曲面

2021-09-07 06:17:56 字數 1084 閱讀 5380

1. 二維平面上的曲線方程

y=f(x)

以上方程中,對任意x(暫不考慮定義域),都有乙個y與之對應,因此表示的是一條曲線。

寫成引數形式:x=f(t), y=g(t)。

或進一步寫成向量形式:r(t)=f(t)i + g(t)j。

1.1 曲線長度

將曲線上的每一小段dx都看做近似平直,那麼每一小段的長度是sqrt[(dx)2+(kdx)2]=sqrt(1+k2)dx,k為小段斜率。

如果是引數化的曲線方程r(t)=f(t)i+g(t)j,那麼每一小段的弧長是sqrt[(kxdt)2+(kydt)2],kx和ky是當引數t變化dt時,x=f(t)和y=g(t)的變化率。

2. 空間曲線

對任意乙個x,只能有乙個y和z與之對應。即x,y,z互相限制。因此一般寫成引數形式:

x=f(t), y=g(t), z=h(t)

對任意單個引數t,只有一組x,y,z。

也可寫成向量形式。

2.1 空間直線

x=x0+tv1, y=y0+tv2, z=z0+tv3

寫成向量形式:

= + t

直線上任意一點所對應的向量是兩個向量之和,直線上每一點都對應乙個向量。

3. 空間曲面

3.1 顯式或隱式曲面方程

z=f(x,y)或f(x,y,z)=0

以上方程中,對任意一對x,y,都有乙個z與之對應,因此表示的是乙個曲面。

3.2 空間平面

3.3 引數曲面

r(u,v)=

該方程將曲面上每一點都用乙個向量來表示。

對每一對(u,v),都有乙個向量與之對應。

對於最簡情況,f(u,v)=x,g(u,v)=y,z=h(u,v)。

[和引數曲線對比:在那裡,表示曲線上每一點需要乙個引數t;而此處為了表示曲面需要兩個引數(u,v)。]

[借用線性代數裡的概念,空間(一維)曲線方程描述r1(一維變數t)到r3(三維空間的一維曲線)的對映;空間(二維)曲面方程描述r2(二維平面uv)到r3(三維空間的二維曲面)的對映。和線性代數不同的是,這裡的對映可能是非線性的。] 

3.3.1 引數曲面面積

積分式模擬於引數曲線弧長。

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