曲线的挠率
定义
设 C 是一条弧长(或“自然”)参数化空间曲线, t 为其单位切矢量。如果在某一点 C 的曲率 κ κ --> {\displaystyle \kappa } 不等于 0,那么“主法矢量”和“次法矢量”是单位矢量
挠率 τ τ --> {\displaystyle \tau } 度量了次法矢量在那一点速度的速度。由方程
得出。这意味着
注:次法矢量的导数垂直于次法矢量和切矢量,从而和主法矢量成比例。符号是习惯记法,是这个学科历史发展的副产品。
挠率半径 ,经常记成 σ,定义为:
性质
曲率处处非 0 的平面曲线的挠率处处为 0;反过来,如果一条正则曲线的挠率处处为 0,那么这条曲线在一个平面上。
螺旋曲线的挠率是常数;反之,任何空间曲线如果具有非 0 常曲率和常挠率,必然是螺旋曲线。挠率为正是右手螺旋,为负是左手螺旋。
另一种描述
设 r = r ( t ) 是空间曲线的参数方程。假设为正则参数化且曲线的曲率处处非 0,即解析条件: r ( t ) 是一个关于 t 取值于 R 的三次可微函数,且矢量
是线性无关。
那么挠率可以由下面的公式表达出来:
这里撇号表示对 t 求导数,× 号为矢量的叉积。对 r = ( x , y , z ),上述公式的分量形式为
参考文献
Andrew Pressley, Elementary Differential Geometry , Springer Undergraduate Mathematics Series,Springer-Verlag,2001 ISBN 1-85233-152-6
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