
曲率(Curvature)是微分几何中描述曲线或曲面局部弯曲程度的量化指标。在汉英词典中,其对应英文为"curvature"(发音:/ˈkɜːrvətʃər/),定义为“曲线偏离直线的量度”或“曲面偏离平面的程度”。
从数学角度,曲率κ的公式可表示为: $$ κ = left|frac{dφ}{ds}right| $$ 其中,φ为切线与某固定方向的夹角,s为弧长参数。对于三维空间中的曲线,曲率进一步扩展为: $$ κ = frac{|mathbf{r}'(t) times mathbf{r}''(t)|}{|mathbf{r}'(t)|} $$ 该公式通过位置向量函数r(t)的一阶和二阶导数计算弯曲程度。
在工程和物理学中,曲率概念广泛应用于:
权威参考文献:
曲率是描述几何体弯曲程度的度量,在数学和物理学中广泛应用。以下从不同角度详细解释:
平面曲线的曲率 对二维平面曲线,曲率表示某一点处切线方向变化的快慢程度。数学定义为: $$ kappa = frac{|y''|}{(1 + y')^{3/2}} $$ 其中$y'$和$y''$分别是函数的一阶和二阶导数。例如,圆的曲率为$frac{1}{r}$,半径越小曲率越大。
三维空间曲线的曲率 推广到三维空间,曲率计算公式为: $$ kappa = frac{|vec{r}'(t) times vec{r}''(t)|}{|vec{r}'(t)|} $$ 这里$vec{r}(t)$是参数方程,曲率反映曲线偏离直线的程度。
曲面上的高斯曲率 对三维曲面,高斯曲率通过主曲率乘积定义: $$ K = kappa_1 cdot kappa_2 $$ 其中$kappa_1$和$kappa_2$是正交方向的主曲率。如球面各点高斯曲率为正,马鞍面为负。
物理意义与应用
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