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直纹面的u曲线为什么和导线平行?

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TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 11:10 来自手机 |阅读模式
梅向明教材,直纹面 r=a(u) + v b(u),b 都取母线上的单位向量。定v的 u 曲线为什么就和导线a(u) 平行呢?关键我想了几种直纹面确实是平行的,这个 b 不是在变化的吗,a+b 就一定平行a?

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Czhang271828 发表于 2023-2-17 14:24
你对两条曲线平行的定义是什么?

一般地, 我们根据换元直接规定直纹面中的 $a'(u)$ 与 $b(u)$ 垂直. 这样 $a(u)+b(u)$ 落在"以所有与 $a(u)$ 最小距离为 $1$ 的点构成的圆筒"上.

我们用宽为 $2$ 的纸带粘合成莫比乌斯环, 中间红色的一圈是 $a(u)$, 由此选取 $a(u)+b(u)$ 为纸带的边界. 这哪里平行了?
微信图片_20230217142543.png

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 楼主| TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 15:30
Czhang271828 发表于 2023-2-17 14:24
你对两条曲线平行的定义是什么?

一般地, 我们根据换元直接规定直纹面中的 $a'(u)$ 与 $b(u)$ 垂直. 这样  ...

这个定义在哪里有吗?我搜曲线平行没搜到。。。而且你说a'(u) 与 b(u) 垂直?这正是我奇怪的地方,因为教材里并没有这个规定

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 楼主| TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 15:34
Czhang271828 发表于 2023-2-17 14:24
你对两条曲线平行的定义是什么?

一般地, 我们根据换元直接规定直纹面中的 $a'(u)$ 与 $b(u)$ 垂直. 这样  ...

我想的反例就包含你的这个莫比乌斯环的位置,我一度以为曲线的平行就是不相交。教材里找腰点的时候直接说做两条母线的公垂线,我也思考了好久,因为一个锥面上的母线都是相交的,哪来的公垂线?后面我意识到相交的话,这个公垂线其实就是母线的交点,腰线就是捆住母线的那条线。这些我都不确定,只能说看梅向明这一本教材总感到有点模糊。。。

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 楼主| TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 15:37
我看到后面说到曲面的基本定理,也就是满足 Gauss Codazzi 方程的一二形式就是真正曲面的一二形式。然后我手头有一本白正国的黎曼几何导论,我就去找了一下,貌似是有 Gauss Codazzi 方程的,但并没直说能决定一个曲面。我搜 wiki 倒是说能这样推广。所以我还有一个问题,能推广吗?

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Czhang271828 发表于 2023-2-17 17:06
TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 15:34
我想的反例就包含你的这个莫比乌斯环的位置,我一度以为曲线的平行就是不相交。教材里找腰点的时候直接说 ...

回复几点疑问:

① 关于曲线平行的定义, 我认为没有. 没必要推广这种性质.

② 为什么 $r(u,v)=a(u)+v\cdot b(u)$ 在 $|b(u)|$ 严格恒大于 $0$ 时可以不妨定义作 $a'(u)\perp b(u)$. 此处 $r_1(u)\perp r_2(u)$ 是指对于任意 $u$, 向量 $r_1(u)$ 与 $r_2(u)$ 垂直.

我们考虑对 $r(u,v)=a(u)+v\cdot b(u)$ 换元. 取足够可微的 $c:\mathbb R\to \mathbb R$, 从而原直纹面可写作
$$
r(u,v)=(a(u)+c(u)\cdot b(u))+v\cdot b(u).
$$
此时假定有 $r_{u}=(a'+c'b+cb')\perp b$. 由于 $|b|\equiv 1$, 故 $b'\perp b$. 上式转化为
$$
(a'+c'b)\cdot b= a'\cdot b+c'=0.
$$
因此取 $c$ 为 $-a'\cdot b$ 的原函数即可.

③ 关于你理解的平行, 个人觉得是"垂直等距". 称 $r_1(u)$ 与 $r_2(u)$ 垂直等距, 若 $|r_1(u)-r_2(u)|$ 是常函数, 且 $r_1'(u)\perp [r_1(u)-r_2(u)]$. 换言之, 垂直等距即长度不变的距离向量恒垂直于一条曲线的切向.

我们假定 $b:\mathbb R\to S^2$ 是将 $\mathbb R$ 映至 $\mathbb R^3$ 中球面(单位向量之集合)的函数, 那么当 $a'(u)\perp b(u)$ 时总有等距的垂直曲线 $r_1(u):=a(u)$ 与 $r_2(u):=a(u)+b(u)$.
无钱佮歹看、无样佮歹生、无汉草佮无文采、无学历佮无能力、无高度无速度无力度共闲无代志。(闽南话)
口号:疼惜生命,远离内卷。

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 楼主| TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 17:52
Czhang271828 发表于 2023-2-17 17:06
回复几点疑问:

① 关于曲线平行的定义, 我认为没有. 没必要推广这种性质.

哦,你是把 a(u) 的每一点沿着 b(u) 移动了c(u) 呀。感觉好像是可行的。

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Czhang271828 发表于 2023-2-17 20:52
TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 15:37
我看到后面说到曲面的基本定理,也就是满足 Gauss Codazzi 方程的一二形式就是真正曲面的一二形式。然后我 ...

想学微分几何的话, 我可以推荐一些书籍, 不过我不推荐非几何专业者入坑. 不过很多工程类的学科会研究 $\mathbb R^3$ 中一维/二维子流形, 即正则曲线/曲面, 个人推荐看陈省身或者他学生 Do Carmo 的微分几何.

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 楼主| TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 21:20
Czhang271828 发表于 2023-2-17 20:52
想学微分几何的话, 我可以推荐一些书籍, 不过我不推荐非几何专业者入坑. 不过很多工程类的学科会研究 $\m ...

我就是学力学的,数学只是爱好。Do carmo 的曲线曲面那本书有听说过,原来是陈的学生吗?反正学了都没什么用,只是好玩。

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Czhang271828 发表于 2023-2-17 22:42
TaiFanLeAi 发表于 2023-2-17 21:20
我就是学力学的,数学只是爱好。Do carmo 的曲线曲面那本书有听说过,原来是陈的学生吗?反正学了都没什 ...

那挺好的, 看看 Do Carmo 也不错. 国内的所谓解析几何教材都是半高中半大学的, 烂书满大街, 没啥可看. 如果想零基础入门现代几何, 苏竟存的讲义(流形的拓扑学)也不错, 直接 zlib 找.

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是苏竞存,不是苏存  发表于 2025-2-24 00:27

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 楼主| TaiFanLeAi 发表于 2023-2-18 10:17
Czhang271828 发表于 2023-2-17 22:42
那挺好的, 看看 Do Carmo 也不错. 国内的所谓解析几何教材都是半高中半大学的, 烂书满大街, 没啥可看. 如 ...

我就是想学学拓扑,打算之后看看尤承业那本的后半部分。之前在图书馆看到马天写的一本流形拓扑,看不懂但觉得很有意思,我下了苏竟存这本,好像内容上有重复。
说到解析几何,我看梅向明这本微分几何的时候讲二次曲线的共轭方向,我一头雾水,先是去wiki,再是找了本丘维声的解析几何,才看明白。我回头一想,主方向仅仅是正交还不合理,确实再加上共轭才合理。

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Czhang271828 发表于 2023-2-18 14:14
TaiFanLeAi 发表于 2023-2-18 10:17
我就是想学学拓扑,打算之后看看尤承业那本的后半部分。之前在图书馆看到马天写的一本流形拓扑,看不懂但 ...

微分几何(解析几何)其实只是给出一个坐标系,但很多性质是不依赖坐标的(例如某些曲率,拓扑性质等)。曲率这类东西还是得从微分几何算出来,不然很难理解;很多拓扑性质倒是可以直接从同调代数里拿来,不需要额外学几何分析等知识,可以看看 Hatcher 的《代数拓扑》,姜伯驹的《同调论》。
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hbghlyj 发表于 2025-2-24 00:21
Czhang271828 发表于 2023-2-17 14:42
如果想零基础入门现代几何, 苏竟存的讲义(流形的拓扑学)也不错, 直接 zlib 找.

第660页 曲率
注意这里并不需要Riemann度量(${\langle , \rangle}$)而只需要一个联络($\bar{D}$).
然而这并不是说弯曲只和联络(向量场对向量场的求导法则)有关而和度量无关.

手机版|悠闲数学娱乐论坛(第3版)

GMT+8, 2025-3-4 07:32

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