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文档简介
高等数学由何满喜制作第三章微分中值定理
与导数的应用3.7曲线的曲率3.7.1弧微分3.7.3小结*3.7.2平面曲线的曲率3.7.1弧微分函数在内具有连续导数.现把时曲线上的点记为,见图3-13
规定:一是依增大的方向作为曲线二是对曲线上任一点,有向弧段的值的大小等于该段弧的方向与曲线的正向一致,相反时时的正向,的长度,有向弧段的单调递增函数,可记为因此弧是其增量为,当很小时,来近似,即弧的增量可用弧长而
,所以即因,于是得
或
把称为曲线的弧微分.
(1)若平面曲线以参数方程给出:,且函数在该区间内具有连续导数,(2)则弧微分公式为*3.7.2平面曲线的曲率在图3-14中,设曲线弧与的长度相等,的弯曲比较缓慢,而曲线弧的弯曲比较厉害.当动点沿曲线移动时,从点但曲线弧移到点时,切线转不大,而点移动到点时,切线转过的角度明显比图3-15中,曲线弧过的角度(称为转角)的长度不相等,当
大.
动点从点移动到点时,切线转过的角度与点移动到点的切线转过的转角都是
可见,曲线(弧)的弯曲程度不仅与转角有关,而且还与弧长有关.
在图3-16中,设曲线弧的长度为在点处的切线的倾角分别为当动点从移动到时,切线的转角为把比值称为曲线弧的平均曲率,记作,曲线定义在曲线上,当动点沿曲线趋于点时,如果存在,则称此极限为曲线在点记作当极限存在时有(4)处的曲率,(3)从图3-16可见,在动点处有,即的大小与变量有关,所以得即
于是,而所以由(4)可得式(5)就是函数曲线在点曲率计算公式.
(5)处的对于半径为的圆来讲,因,所以得,即圆的曲率是其半径的倒数.
设曲线在点处的曲率为,当时把就称为曲线的曲率半径.(6)设函数在点处的曲率半径为.在点处的曲线的法线上,且在曲线凹的,使,则把以为圆心,为半径的圆称为点处的曲率圆,图3-17.
一侧取一点例1求抛物线解因所以有
上最大的曲率.因此当时可取得最小值0.
所以说,该抛物线在其顶点处的曲率为最大.经计算得最大曲率为例2设在处的曲率.
,求曲线解因所以有3.7.3小结
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