Уравнение главной нормали и бинормали

Перейдем к определению главной нормали. Будем считать, что (Gamma) — дважды дифференцируемая кривая без особых точек, заданная уравнением eqref. Тогда существуют (displaystyle frac<dtextbf>) и (displaystylefrac<d^textbf><ds^>), причем (displaystyle frac<dtextbf>) — единичный вектор в силу данного утверждения. Обозначим этот вектор буквой (tau). Тогда
$$
frac<dtextbf>=tau,quad |tau|=1,label
$$
и поэтому (см. данный пример) вектор (displaystyle frac=frac<d^textbf><ds^>) ортогонален вектору (tau).

Пусть (nu) — единичный вектор, параллельный вектору (displaystyle frac). Тогда
$$
frac=knu,quad|nu|=1,label
$$
причем вектор (nu) ортогонален вектору (tau).

Так как вектор (tau=displaystyle frac<dtextbf>) параллелен вектору касательной (r'(t)) к кривой (Gamma) в силу равенства eqref, то из eqref следует, что вектор (nu) параллелен нормальной плоскости кривой (Gamma) в точке (M) ((overrightarrow=r(t))). Поэтому вектор (nu) параллелен одной из нормалей кривой (Gamma) в точке (M). Эту нормаль называют главной.

Итак, если в точке (MinGamma) выполняется условие eqref, то нормаль к кривой (Gamma) в точке (M), параллельная вектору (nu) (формула eqref), называется главной нормалью.

Видео:Репетитор по математике ищет нормаль к плоскостиСкачать

Кривизна и кручение пространственной кривой. Формулы Френе

Содержание:

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по математике:

Пусть 7 — регулярная кривая, Мо — точка кривой 7, П — плоскость, проходящая через касательную MoT кривой 7 в точке Мо. Пусть М — точка кривой 7, близкая к точке Мо, и Р — ортогональная проекция точки М на плоскость П (рис.31). Обозначим через h длину отрезка MP и через d — длину отрезка МоМ. Плоскость П называется соприкасающейся плоскостью кривой 7 в точке Мо, если отношение стремится к нулю при Геометрическое пояснение.

Среди всех плоскостей, проходяших через касательную к кривой в точке Мо, соприкасающаяся плоскость наиболее? есно прим ыкает к кривой в некоторой (малой) окрестности это Й точки. Пусть кривая 7 задана векторным уравнением и точка М0 кривой 7 отвечает значению to параметра. Если векторы неколлинеарны, то в точке Мо существует и притом ровно одна соприкасающаяся плоскость (рис. 32). Вектор г»(/о) Рис.32 второй производной вектора r(t) кривой лежит в соприкасающейся плоскости.

Поэтому соприкасающуюся плоскость кривой называют также плоскостью ускорений. Если кривая 7 задана в координатной форме Кривизна и кручение пространственной кривой Формулы Френе понятие гладкой поверхности Способы задания то уравнение соприкасающейся плоскости записывается в виде Нормаль кривой 7 в точке Мо, лежащая в соприкасающейся плоскости По кривой в этой точке, называется главной нормалью кривой в точке Мо, а нормаль кривой 7, перпендикулярная соприкасающейся плоскости По. называется бинормалью кривой 7 в точке Мо.

Плоскость, проходящая через касательную и бинормаль кривой 7 в точке Мо, называется спрямляющей плоскостью кривой 7 в точке Мо. Лрииар 1. Найти главную нормаль и бинормаль, соприкасающуюся и спрямляют ую плоскости аинтояой линии . Начнем с ураанаиия сопри касающейся плоскости. И МММ Так мак бинормаль перпендикулярна соприкасающейся плоскости , то ее каноничесяиа уравнения записываются следующим обр ааом:

Вычисли м теперь направляющий аактор главной нормали. Имеем Заменяя найден иый вектор на коллинеариый получаем канонические уравнения главной нормали : Наконец, — уравнение спрВмлющай плоосости , перпендикулярной главной нормали. (Первой) кривизной fcj кривой 7 в точке Мо называется предел отношения при М -» Мо, где ДА — наименьший угол между ка-сательн ыми к кривой 7 в ее точках Мо И М, а Да — длина дуги ^М0М (рис. 33).

Кривизна кривой измеряет скорость ее отклонения от касательн ой. Кривизна прямой равна нулю в каждой ее точке. /» Если — естественная параметризация кривой 7, то ее кривизна к вычисляется по формуле Вектор г»(«) называется вектором кривизны кривой. Он ортогонален единичному вектору касательной г'(«), а его длина равна кривизне кривой. .

В случае произвольной параметризации и кривизна2-регулярной кривой находится по формуле Пример 2. вектор кривизны винтовой линии Поэтому кривим винтов ой линии постол ни»: Пусть Мо — точка кривой у, отвечающая значению to естественного параметра, и — единичный вектор касательной кривой у в этой то же. Если точка Мо не является точкой распрямления кривой у» fciM/О.то формулой определен единичный вектор главной нормали кривой в этой точке.

Векторное произведение является единичным вектором бинормали кривой у (рис. 34).

В случае произвольнойпараметризаци и векторы t, п и b вычисляются по формулам Три луча, исходящие из точки М0 и имеющие направления, задаваемые векторами to, по и bo, образуют сопровождающий триэдр кривой у в точке Мо (рис. 34). Пример 3. Для винтовой линии b(,)= Обозначим через Д в наименьший угол между соприкасающимися плоскостями По и П кривой 7 в точке Мо и близкой ей точке М соответственно (этот угол совпадает с наименьшим углом ме.жду бинормалями кривой в точках А/о и М), а через Дз — длину дуги ^MqM кривой 7 (рис. 35).

Кручением к2 кривой 7 в точке М0 называется предел отношения ^ при , снабженный знаком в соответствии со следующим правилом выбора знаков: если векторы сонаправлены (они всегда коллинеарны), то выбирается знак (вращение соприкасающейся плоскости происходит от вектора п к вектору если векторы ип противоположно направлены, то выбирается знак « + » (вращение соприкасающейся плоскости происходит от вектора b к вектору п) (рис. 36).

Кручение кривой определено в любой точке 3-регулярной кривой, не являющейся точкой распрямления, и измеряет скорость отклонения кривой от соприкасающейся плоскости. Кручение плоской кривой равно нулю в каждой точке. Если Кривизна и кручение пространственной кривой Формулы Френе понятие гладкой поверхности Способы задания — естественная параметризация кривой, то ее кручение вычисляется по формуле В случае произвольной параметризации имеем Пример 4.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Кручение винтовой линии постоянно

Вектор Дарбу является вектором мгновенной угловой скорости сопровождающего трехгранника при движении точки по кривой с единичной скоростью. Пример 8. Вектор Дарбу винтовой линии •параллелен оси винтовой линии (рис. 37). Единичные векторы касательной главной нормали п(«) и бинормали b(e) кривой 7 и ее кривизна к(в) и кручение ki(a) в каждой точке связаны соотно шениями называемыми уравнениями Френе. «

Выберем в пространстве прямоугольную декартову координ етную систему Охух так, чтобы начало координат — точка О — совпадало с точкой Мо кривой 7, отвечающей энрч ению «о = 0 естественного параметра, а ортами координатных осей Ох, Оу и Ох были единичные векторы Раскладывая векторную функцию г(в) в окрестности точки «о = 0 по степеням * и сохраняя лишь главные члены, получимуравнения кривойблизкой кривой 7:

Где Записывая последние соотношения в координатной форме и предполагая , убеждаемся в том, что проекции кривой общий вид которой показан на.рис.38, на координатные плоскости имеют следующий вид (рис. 39): на соприкасающуюся плоскость (рис. 39 а); на спрямляющую плоскость (рис. 39 б); на нормальную плоскость (рис. 39в). §5. Понятие гладкой поверхности.

Способы задания Пусть I? — ограниченная плоская область, 0D — ее граница и I) = D U 6D — оамыка ние области Д, Введем на плоскости координатную систему (u, v) и зададим на множестве Ъ три непрерывные функции с Пусть ж прямоугольные декартовы координаты точек в трехмерном евклидовом пространстве R3.

обладают следующим свойством: Сюйстю А. Если — различные точки множества!?» тоточки пространства R1, координаты которых вычисляются по формулам также различны. Определение. Множество 5 точек Af, координаты у и * которых определяются соотношениями (1) и функции ) обладают свойством А, называется простой поверхностью (рис. Множество точек М с координатами , — образ границы QD области D — называется границей простой поверхности 5.

Овоаиечение:

Соотношения (1) называются параметрическими уравнениями простой поверхно- сти. . Пример 1. График непрерывной функции является примером простой поверхности (рис. 41). Ее параметрические уравнения имеют вид одеФяап ып яктеодг — Пусть I, J и к — орты координатных осей. Тогда задание поверхности 5 при помощи фунхиий (1) равносильно заданию одной векторной функции — В этом случае говорят, что поверхность S задана векторным уравнением.

Простая поверхность 5 называется гладкой в точке Мо, отвечающей значениям и параметров, если функции имеют д точке («о, ^ непрерывныепроизводные. v Точка Ма гладкой поверхности 5 называется обыкновенной, или регулярной, если В противном случае точк!» А/о называется особой. , Поверхность называется регулярной, если условие (3) выполняется в каждой ее точке. Часто условие (3) удобнее записывать в равносильной форме Пример 2.

График гладкой функции является регулярной поверхностью, так как всегда Пример 3. У конической поверхности, задаваемой уравнениями все точки, кроме точки 0(0,0,0) (при и = 0, v — 0), регулярна (рис.42). В точке О имеем Другим распространенным способом задания поверхности является неявный способ задания поверхности какмножества 5 точек М .координаты х,уиг которых обращают в тождество уравнение Кривизна и кручение пространственной кривой Формулы Френе понятие гладкой поверхности Способы задания

Если гладкая фунщия своих аргументов, причем , то поверхность 5 будет регулярной. Пример 4. Сфера является регулярной поверхностью: в каждой точке. Пусть 5 — простая поверхность, Мо и М — различные ее точки. Плоскость П, проходящая через точку Мо, называется касательной к поверхности 5 в точке Мо, если при стремлении переменной точки М к точке Мо (по произвольному закону) угол между прямой МоМ и плоскостью П сгремится к нулю (рис. 43).

Пусть — векторное уравнение регулярной поверхности 5 и М0 — точка поверхности 5, отвечающая значениях! ио и v0 параметров и и v. Вычислим векторы ru(uo, vo) и г„(и0, vo), отложим их от точен Мо и проведем через точку Мо плоскость П, содержащую эти векторы. Построенная плоскость П будет касательной плоскостью поверхности в точке М0 (рис. 44), В каждой точке регулярной поверхности существует и притом ровно одна касательная плоскость.

Прямая, проходящая через точку Мо регулярной поверхности 5 и пер-пендакулярная касательной плоскости поверхности в этой точке, называется нормалью к поверхности 5 в точке М0; — вектор нормали. Рнс. 44 Пример S. Написать уравнения касательной плоскости и нормали поверхности, заданной уравнением Вычислим вектор нормали в точке Л/о- Имеем равнение касательной плоскости поверхности в точке (х

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

🎥 Видео

Математика без Ху!ни. Уравнения прямой. Часть 2. Каноническое, общее и в отрезках.Скачать

Уравнение плоскости через 2 точки параллельно векторуСкачать

Видеоурок "Нормальное уравнение прямой"Скачать

Геометрический смысл производной. Уравнение касательнойСкачать

Видеоурок "Нормальное уравнение плоскости"Скачать

9 класс, 6 урок, Уравнение окружностиСкачать

Видеоурок "Уравнение плоскости по трем точкам"Скачать

Что такое нормаль?Скачать

Касательная плоскость и нормаль к поверхностиСкачать

Уравнение плоскости. Практика. Урок 5. Геометрия 11 классСкачать

Уравнение касательнойСкачать

Уравнения касательной плоскости и нормали к эллиптическому параболоиду (устар.)Скачать