Matematika III előadás

Hasonló dokumentumok
Egy matematika jegyzetről mérnökhallgatóknak About a math textbook for engineering students

Matematika III előadás

Vektoranalízis Vektor értékű függvények

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA II.

Vektoranalízis Vektor értékű függvények

Egyenes és sík. Wettl Ferenc szeptember 29. Wettl Ferenc () Egyenes és sík szeptember / 15

Kinematika szeptember Vonatkoztatási rendszerek, koordinátarendszerek

Dierenciálgeometria feladatsor

Egyenes és sík. Wettl Ferenc Wettl Ferenc () Egyenes és sík / 16

Feladatsor A differenciálgeometria alapja c. kurzus gyakorlatához

leképezés, amely teljesíti a következő feltételeket:

Többváltozós, valós értékű függvények

VIK A1 Matematika BOSCH, Hatvan, 5. Gyakorlati anyag

Analitikus térgeometria

Matematika (mesterképzés)

Többváltozós, valós értékű függvények

Tömegpontok mozgása egyenes mentén, hajítások

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Differenciálszámítás. 8. előadás. Farkas István. DE ATC Gazdaságelemzési és Statisztikai Tanszék. Differenciálszámítás p. 1/1

Matematika I. Vektorok, egyenesek, síkok

HÁZI FELADATOK. 1. félév. 1. konferencia A lineáris algebra alapjai

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

Felületek differenciálgeometriai vizsgálata

Differenciálgeometria feladatok

Serret-Frenet képletek

A brachistochron probléma megoldása

= Y y 0. = Z z 0. u 1. = Z z 1 z 2 z 1. = Y y 1 y 2 y 1

DIFFERENCIÁLGEOMETRIA PÉLDATÁR

1 2. Az anyagi pont kinematikája

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

2014/2015. tavaszi félév

VIK A2 Matematika - BOSCH, Hatvan, 3. Gyakorlati anyag. Mátrix rangja

Matematika II képletek. 1 sin xdx =, cos 2 x dx = sh 2 x dx = 1 + x 2 dx = 1 x. cos xdx =,

Koordinátarendszerek

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

2014. november Dr. Vincze Szilvia

rnök k informatikusoknak 1. FBNxE-1 Klasszikus mechanika

1. Bevezetés. 2. Felületek megadása térben. A fenti kúp egy z tengellyel rendelkező. ismerhető fel, hogy. 1. definíció. Legyen D R n.

A mechanika alapjai. A pontszerű testek kinematikája. Horváth András SZE, Fizika és Kémia Tsz szeptember 29.

Feladatok megoldásokkal az első gyakorlathoz (differencia- és differenciálhányados fogalma, geometriai és fizikai jelentése) (x 1)(x + 1) x 1

A képzetes számok az isteni szellem e gyönyörű és csodálatos hordozói már majdnem a lét és nemlét megtestesítői. (Carl Friedrich Gauss)

Koordináta-geometria feladatgyűjtemény

Vektorok és koordinátageometria

Függvények vizsgálata

Lengyelné Dr. Szilágyi Szilvia április 7.

Lineáris algebra mérnököknek

17. előadás: Vektorok a térben

Skaláris szorzat: a b cos, ahol α a két vektor által bezárt szög.

5 1 6 (2x3 + 4) 7. 4 ( ctg(4x + 2)) + c = 3 4 ctg(4x + 2) + c ] 12 (2x6 + 9) 20 ln(5x4 + 17) + c ch(8x) 20 ln 5x c = 11

Matematika A1. 8. feladatsor. Dierenciálás 2. Trigonometrikus függvények deriváltja. A láncszabály. 1. Határozzuk meg a dy/dx függvényt.

Mechanika. Kinematika

Koordináta-geometria feladatgyűjtemény (A feladatok megoldásai a dokumentum végén találhatók)

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

10. Differenciálszámítás

Vektorok összeadása, kivonása, szorzás számmal, koordináták

LINEÁRIS ALGEBRA. matematika alapszak. Euklideszi terek. SZTE Bolyai Intézet, őszi félév. Euklideszi terek LINEÁRIS ALGEBRA 1 / 40

0-49 pont: elégtelen, pont: elégséges, pont: közepes, pont: jó, pont: jeles

Síkgörbék. 1. Készítsünk elfogadható ábrát a G: t frac(1/t) leképezés gráfjáról. (frac a törtrész függvény, ez a Maple függvénynév is.

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Egy sík és a koordinátasíkok metszésvonalainak meghatározása

Matematika A1a Analízis

Matematika III előadás

Számítógépes Grafika mintafeladatok

Differenciálegyenletek numerikus megoldása

Feladatok a Gazdasági matematika II. tárgy gyakorlataihoz

A fontosabb definíciók

Vektorgeometria (2) First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

Egy mozgástani feladat

Gyakorló feladatok I.

MATEMATIKA HETI 5 ÓRA. IDŐPONT: június 8.

Vontatás III. A feladat

Analitikus térgeometria

Matematika A1a Analízis

Feladatok megoldásokkal a harmadik gyakorlathoz (érintési paraméterek, L Hospital szabály, elaszticitás) y = 1 + 2(x 1). y = 2x 1.

Az egyenes és a sík analitikus geometriája

Matematika A1a Analízis

Kétváltozós függvények differenciálszámítása

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT. Koordináta-geometria

MATEMATIKA ÉRETTSÉGI TÍPUSFELADATOK MEGOLDÁSAI KÖZÉP SZINT Koordináta-geometria

Kúpszeletek. Az ellipszis érintője

I. Vektorok. Adott A (2; 5) és B ( - 3; 4) pontok. (ld. ábra) A két pont által meghatározott vektor:

10. Koordinátageometria

Kinematika: A mechanikának az a része, amely a testek mozgását vizsgálja a kiváltó okok (erők) tanulmányozása nélkül.

Lineáris algebra zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I márc.11. A csoport

Görbék és felületek elemi differenciálgeometriája. Kozma László Kovács Zoltán

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

Néhány szó a mátrixokról

1. feladatsor: Vektorfüggvények deriválása (megoldás)

Az f ( xy, ) függvény y változó szerinti primitív függvénye G( x, f xydy= Gxy + C. Kétváltozós függvény integrálszámítása. Primitívfüggvény.

A derivált alkalmazásai

Egyváltozós függvények differenciálszámítása

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Kétváltozós függvények ábrázolása síkmetszetek képzése által

Dierenciálgeometria és nemeuklideszi geometriák c. gyakorlat

Klár Gergely 2010/2011. tavaszi félév

MATEMATIKA 2. dolgozat megoldása (A csoport)

Összeállította: dr. Leitold Adrien egyetemi docens

4. fejezet. Egyváltozós valós függvények deriválása Differenciálás a definícióval

Átírás:

Matematika III. - 2. előadás Vinczéné Varga Adrienn Debreceni Egyetem Műszaki Kar, Műszaki Alaptárgyi Tanszék Előadáskövető fóliák Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 1 / 30

Egy P anyagi pont mozgása a síkban és a térben is leírható - az origó rögzítése után - úgy, hogy megadjuk P hely(zet)vektorát az idő függvényében. Ebből a hely(zet)vektor-idő függvényből a mozgás kinematikai jellemzői (sebesség, gyorsulás) megadhatók. Az R R 2 típusú r(t) = x(t) i + y(t) j függvény ún. koordinátafüggvényei az x, y : R R egyváltozós, valós értékű függvények. Az R R 3 típusú r(t) = x(t) i + y(t) j + z(t) k függvény ún. koordinátafüggvényei az x, y, z : R R egyváltozós, valós értékű függvények. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 2 / 30

Definíció: határérték, folytonosság (R R 2 ) Azt mondjuk, hogy az r(t) = x(t) i + y(t) j függvény határértéke a t 0 paraméterértékű pontban a, ha léteznek a lim x(t) =: a 1, t t 0 lim t t0 y(t) =: a 2 határértékek és a = (a 1, a 2 ). Jele: lim t t0 r(t) = a. Ha még r(t 0 ) = a is teljesül, akkor azt mondjuk, hogy r folytonos t 0 -ban. Hasonlóan definiálható R R 3 függvény határértéke, folytonossága. Példa r(t) = cos(t) i + sin(t) j bármely t 0 R esetén folytonos: lim r(t) = ( lim cos(t), lim sin(t)) = (cos(t 0 ), sin(t 0 )) t t 0 t t0 t t0 Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 3 / 30

Definíció: differenciálhányados Legyen n = 2 vagy 3. Az r : I ( R) R n függvény differenciálható az I értelmezési tartomány t 0 belső pontjában, ha létezik a r(t) r(t 0 ) lim = m t t 0 t t 0 Ekkor az m vektort az r függvény t 0 helyen vett differenciálhányadosának nevezzük. Jele: r (t 0 ). Megjegyzés r r(t) r(t 0 ) (t 0 ) = lim = lim t t0 t t 0 t t0 x(t) x(t 0 ) t t 0 y(t) y(t 0 ) t t 0 z(t) z(t 0 ) t t 0 = x (t 0 ) y (t 0 ) z (t 0 ) Hasonlóan igaz R R 2 típusú függvényre. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 4 / 30

Példa Ha a t r(t) függvény egy mozgó pont hely-idő függvénye, egyre rövidebb t(= t t 0 ) időtartam esetén a r 0 t (= r(t) r(t 0) t t 0 ) vektor iránya és nagysága egyre jobban közelíti a P 0 pontbeli (azaz t 0 időpillanatbeli) sebességvektor irányát és nagyságát. r A t 0 időpontban a pillanatnyi sebesség: v(t 0 ) = lim 0 t 0 t = r (t 0 ) Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 5 / 30

Megjegyzés A differenciálhányados geometriai jelentése a t 0 paraméterhez tartozó pontban: r(t 0 ) pontbeli érintő vektor. A t r (t) differenciálhányados függvény R R 3 típusú függvény. Ha t r(t) egy mozgó pont hely-idő függvénye, akkor t r (t) a sebesség-idő függvény. Ha t r(t) egy mozgó pont hely-idő függvénye, akkor t r (t) a gyorsulás-idő függvény. A t paraméter (fizikában az idő) szerinti deriváltat vessző helyett általában ponttal jelölik. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 6 / 30

Emlékeztető: az egyenes előállítása Az r 0 helyzetvektor által meghatározott ponton átmenő, v irányvektorú egyenest állítja elő a következő függvény: r(t) = r 0 + v t (t R) ( ) x0 + v A síkban: r(t) = 1 t, t R y 0 + v 2 t x 0 + v 1 t A térben: r(t) = y 0 + v 2 t, t R z 0 + v 3 t Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 7 / 30

Példák ( ) 3t Az r(t) =, (t R) lineáris függvény képe a síkban 4t origón átmenő v = (3, 4) irányvektorú egyenes. t Az r(t) = 4t t, (t R) lineáris függvény képe a térben origón átmenő v = (1, 4, 1) irányvektorú egyenes. Megjegyzés Ugyanannak az egyenesnek számos előállítása létezik R R 3 típusú függvényként. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 8 / 30

Példa Legyen A = (3, 2, 1), B = (2, 4, 3). Paraméterezzük az AB szakaszt úgy, hogy a 0 paraméterű pont az A pont legyen, a derivált vektor hossza pedig 4 legyen! Az A és B pontokra illeszkedő egyenes egy irányvektora AB = ( 1, 2, 2). Ezzel megegyező irányú, egységnyi hosszúságú vektor: v = 1 AB AB 1 = ( 1, 2, 2) = 1 + 4 + 4 ( 1 3, 2 3, 2 ) 3 r (t) = 4, amely egyben az A és B pontokra illeszkedő egyenes irányvektorának hossza: r (t) = 4 v = ( 4 3, 8 3, 8 3). Így r(t) = 3 + ( 4 3) t 2 + ( 8 3) t 1 + 8 3 t, t [ 0, 3 ]. 4 Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 9 / 30

Példa Egy mozgó részecske a tér A = (3, 2, 1) pontjából a tér B = (2, 4, 3) pontjába halad egyenes vonalú egyenletes mozgást végezve 4 [ ] m s állandó nagyságú sebességgel. Adjuk meg a részecske helyzetét a t = 0.5 [s] időpillanatban! Ha r(t) a részecske helyzete a t időpillanatban, akkor r(t) = r(0) + v t. Mivel r (t) = v, az előző példa eredményeit felhasználva r(0.5) = 3 4 3 0.5 2 8 3 0.5 1 + 8 3 0.5 = 7 3 10 3 7 3. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 10 / 30

Az egyszerű ciklois paraméterezése x(t) = r t r sin(t) = r (t sin(t)) y(t) = r + ( r cos(t)) = r (1 cos(t)) Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 11 / 30

Az egyszerű ciklois paraméterezése Így r(t) = r (t sin(t)) i + r (1 cos(t)) j ahol t [0, 2π]. Asztroid Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 12 / 30

Mit tekintsünk görbének? A differenciálszámítás eszközeinek hatékony használatához görbén az alábbit értjük: Definíció Legyen I R esetleg elfajuló, de nem egypontú intervallum, n = 2 vagy 3. Egy r : I R n folytonosan differenciálható leképezést (parametrizált) görbének nevezünk, ha t I-re r (t) 0 (regularitási feltétel). I-t paramétertartománynak nevezzük. A leképezés képhalmazát mondjuk ilyenkor röviden görbének. n = 2 esetén síkgörbéről, n = 3 esetén térgörbéről beszélünk. Általános értelemben síkgörbéről beszélünk akkor is, ha r képét R 3 egy síkja tartalmazza. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 13 / 30

Megjegyzés Ha t r(t) egy mozgó pont hely-idő függvénye, akkor a t I-re r (t) 0 feltétel azt jelenti, hogy a mozgó pont sebessége egy pillanatban sem lehet nulla. Ez azt is jelenti, hogy a mozgó pont nem fordul vissza a pályán. Lineáris közelítés A differenciálhányados definicióját felhasználva r(t) r(t 0 ) lim = r (t 0 ). t t 0 t t 0 Ha t elég közel van t 0 -hoz, akkor r(t) r(t 0 ) r (t 0 ) (t t 0 ) azaz r(t) r(t 0 ) + r (t 0 ) (t t 0 ). Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 14 / 30

Definíció: érintőegyenes Legyen I R esetleg elfajuló, de nem egypontú intervallum,t 0 I. Egy r : I R 3, r(t) = (x(t), y(t), z(t)) görbének a t 0 paraméterhez tartozó r(t 0 ) pontbeli érintőegyenese: e(t) = r(t 0 ) + r (t 0 ) (t t 0 ), (t R). Koordinátákkal: e(t) = x(t 0 ) + x (t 0 ) (t t 0 ) y(t 0 ) + y (t 0 ) (t t 0 ) z(t 0 ) + z (t 0 ) (t t 0 ), (t R). Megjegyzés A t = t 0 paraméterű pont az érintőegyenes r(t 0 ) pontja. r(t) e(t) Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 15 / 30

Példák Legyen r : [0; 2π] R 2 ; r(t) = (5 cos t; 5 sin t). Ekkor r képe az origó középpontú 5 sugarú kör. A regularitási feltétel nyilván teljesül: r (t) = ( 5 sin t; 5 cos t), r (t) = 5 0. Ha r egy síkbeli mozgást leíró hely-idő függvény, akkor ez azt jelenti, hogy a sebesség nagysága állandó, tehát itt egy egyenletes körmozgásról van szó, 5 egység nagyságú sebességgel. Legyen r : [0; 2π] R 2 ; r(t) = (5 cos(2t); 5 sin(2t)). Ekkor r képe ismét origó középpontú 5 sugarú kör. Viszont r (t) = ( 10 sin(2t); 10 cos(2t)), r (t) = 10 0. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 16 / 30

Megjegyzés Adott görbének tetszőleges számú előállítása létezik. A különböző előállításokban általában különbözik egy adott görbeponthoz tartozó érintővektor hossza. Ez egy mozgó pont hely-idő függvénye esetén ugyanazon pálya különböző sebességgel való befutásának felel meg a fizikában. Differenciálható tér- és síkgörbe esetén azt az előállítást, melynél az érintővektor hossza bármely pontban egységnyi, ívhossz-paraméteres előállításnak nevezzük. Ekkor a paramétert s-sel szokás jelölni. Ez a pálya egységnyi nagyságú sebességgel való befutásának felel meg a fizikában. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 17 / 30

A görbeelmélet olyan mennyiségeket keres, amelyek függetlenek a paraméterezéstől. Az ívhossz ilyen tulajdonságú. Állítás (indoklás nélkül) Ha a G : r : I R 3 görbe olyan, hogy t I -re r (t) és r (t) lineárisan függő (azaz f : R R úgy, hogy r (t) = f (t) r (t)), akkor r képe egyenes. Ezért a továbbiakban feltesszük, hogy t I -re r (t) és r (t) lineárisan független, azaz r (t) r (t) 0. Ekkor bireguláris görbéről beszélünk. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 18 / 30

Simulósík Tekintsük a Q = r(q 1 ), P 0 = r(t 0 ), R = r(q 2 ) pontokra illeszkedő síkot, és jelölje a sík normálvektorát n QR = (A QR ; B QR ; C QR )! Ha Q P 0, R P 0, akkor a síkok határhelyzete egy sík, ezt a síkot fogjuk majd a P 0 = r(t 0 )-ra illeszkedő simulósíknak nevezni. A sík egyértelmű megadásához egy pontja (itt P 0 adott) és a normálvektora szükséges (később: n). Célunk megadni az imént említett sík egy normálvektorát. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 19 / 30

Ehhez tekintsük az f (t) = [r(t) r(t 0 )] n QR függvényt! Ekkor f (q 1 ) = f (t 0 ) = f (q 2 ) = 0, így a Rolle-tételt alkalmazhatjuk: α 1 ]q 1, t 0 [ úgy, hogy f (α 1 ) = 0, α 2 ]t 0, q 2 [ úgy, hogy f (α 2 ) = 0. Az f függvényre alkalmazhatjuk ismét a Rolle-tételt: Mivel β ]α 1, α 2 [ úgy, hogy f (β) = 0. f (t) = [r(t) r(t 0 )] n QR + [r(t) r(t 0 )] n QR = r (t) n QR f (t) = (r (t) n QR ) = r (t) n QR + r (t) n QR = r (t) n QR Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 20 / 30

a fentiekből f (α 1 ) = r (α 1 ) n QR = 0 f (α 2 ) = r (α 2 ) n QR = 0 f (β) = r (β) n QR = 0. Ha Q P 0, R P 0 (azaz q 1 t 0, q 2 t 0 ), akkor α 1 t 0, α 2 t 0, β t 0 és n QR n. Így a egyenlőségekből határátmenettel kapjuk, hogy r (t 0 ) n = 0 és r (t 0 ) n = 0. Ez azt jelenti, hogy r (t 0 ) és r (t 0 ) merőleges n-re, azaz r (t 0 ) r (t 0 ) párhuzamos n-nel. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 21 / 30

Definíció: Simulósík A P 0 = r(t 0 ) pontra illeszkedő r (t 0 ) r (t 0 ) normálvektorú sík a görbe r(t 0 )-beli simulósíkja. Megjegyzés Hasonlóan származtatható a simulókör is (a simulósíkban). Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 22 / 30

A GÖRBEELMÉLET ALAPÖTLETE: T (t), N(t), B(t) T (t) := 1 r (t) r (t) - érintő egységvektor 1 B(t) := r (t) r (t) r (t) r (t) - binormális egységvektor N(t) := B(t) T (t) - normális egységvektor T (t), N(t), B(t) egymásra páronként merőleges egységvektorok r(t)-ben. Ezeknek tehát csak az iránya változik a görbe alakjával. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 23 / 30

Az érintő, a normális és a binormális egységvektorok a görbe bármely pontjában ortonormált vektorrendszert alkotnak. Ezt a hármast a görbe kísérő triéderének nevezzük. A görbe r(t 0 ) pontjában a simuló síkot az T (t 0 ) és N(t 0 ) vektorok feszítik ki, a sík normálvektora B(t 0 ). A görbe r(t 0 ) pontjában a rektifikáló síkot az T (t 0 ) és B(t 0 ) vektorok feszítik ki, a sík normálvektora N(t 0 ). A görbe r(t 0 ) pontjában a normális síkot az N(t 0 ) és B(t 0 ) vektorok feszítik ki, a sík normálvektora T (t 0 ). Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 24 / 30

Gyorsulás Ha t r(t) egy mozgó pont hely-idő függvénye, már láttuk, hogy a t r (t) a sebesség-idő függvény. A sebesség változási gyorsaságát a gyorsulás adja meg, azaz a t r (t) függvény a gyorsulás-idő függvény. A mechanikában a t 0 időpillanatbeli gyorsulásvektort két komponensre bontják: egy érintő- és egy rá merőleges irányú komponensre. Jelöléseinkel: r (t 0 ) = a T T (t 0 ) + a N N(t 0 ). Az érintő irányú komponens a pillanatnyi sebesség nagyságára hat, a másik pedig a pillanatnyi mozgásirányra. Korábban feltettük, hogy t -re r (t) r (t) 0. Ha lenne olyan t 0, melyre r (t 0 ) r (t 0 ) = 0, akkor a gyorsulásvektornak a t 0 időpillanatban csak érintő irányú komponense lenne, tehát a mozgás a t 0 időpillanatban érintőegyenes irányú lenne. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 25 / 30

Görbületfüggvény Azt, hogy egy görbe egy adott helyen mennyire tér el az egyenestől a görbülettel mérjük. A görbület az érintő vektor irányának megváltozásával függ össze. Ha a görbe kétszer differenciálható, akkor a görbület: κ(t) = r (t) r (t) r (t) 3 Megjegyzés A képlet tekinthető a görbület definíciójának nem bireguláris görbe esetén is. Ha ugyanis r és r lineárisan függő, akkor képletünk nullát ad és visszaadja az egyenes görbületének intuitív értékét. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 26 / 30

A görbület egy adott paraméterű pontban kizárólag a görbe alakjától függ, nem a paraméterezéstől. Példák: a görbületfüggvény konstans függvény. Egyenes görbülete 0. Kör görbülete a sugár reciproka, ugyanis az R sugarú kör ívhosszparaméteres előállítása ( ( ) ( )) 1 1 r(s) = R cos R s ; R sin R s (s [0, 2 R π]) r (s) = ( sin κ(s) = r (s) = ( 1 R s ) ( 1 ; cos R s )) (s [0, 2 R π]) ( 1 ( )) 1 2 ( R cos R s + 1 ( )) 1 2 R sin R s = = ( 1 ) 2 = 1 R R Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 27 / 30

Torziófüggvény Azt, hogy egy görbe mennyire csavarodik a torzióval mérjük. A torzió a binormális vektor irányának változásával függ össze: a görbe mennyire tér el a simulósíkjától. Ha a görbe háromszor differenciálható és az első és a második deriváltak vektori szorzata nem tűnik el, akkor a torzió: τ(t) = (r (t) r (t)) r (t) r (t) r (t) 2 A torzió egy adott paraméterű pontban kizárólag a görbe alakjától függ, nem a paraméterezéstől. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 28 / 30

FRENET-EGYENLETEK: T = v κ N N = v κ T + v τ B B = v τ N ahol v(t) = r (t) a pályasebesség-függvény. Síkgörbe a saját simulósíkjában van, így a torziója minden pontban nulla. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 29 / 30

A torzió eltűnése a síkgörbék jellemzője: Tétel Egy háromszor differenciálható görbe pontosan akkor síkgörbe, ha a torziója nulla. Legyen G torziója minden pontban 0. Feltehetjük, hogy a G görbe ívhossz paraméterezésű: r(s) = (x(s), y(s), z(s)), t I (ekkor v(s) = 1). (A torzió és a görbe alakja független a paraméterezéstől.) A Frenet-egyenletekből ekkor B (s) = 1 0 N = 0 s I következik,így s I-re B(s) = n (n = (n 1, n 2, n 3 ) R 3 -beli konstans). Mivel (r(s) n) = r (s) n + r(s) 0 = T (s) B(s) = 0, így r(s) n = D ( R), azaz ( ) n 1 x(s) + n 2 y(s) + n 3 z(s) = D. Ez azt jelenti, hogy r(s) rajta van az n 1 x + n 2 y + n 3 z = D egyenletű síkon, tehát G síkgörbe. Vinczéné Varga Adrienn (DE-MK) Matematika III. 2016/2017/I 30 / 30