
曲率(Curvature)是微分幾何中描述曲線或曲面局部彎曲程度的量化指标。在漢英詞典中,其對應英文為"curvature"(發音:/ˈkɜːrvətʃər/),定義為“曲線偏離直線的量度”或“曲面偏離平面的程度”。
從數學角度,曲率κ的公式可表示為: $$ κ = left|frac{dφ}{ds}right| $$ 其中,φ為切線與某固定方向的夾角,s為弧長參數。對于三維空間中的曲線,曲率進一步擴展為: $$ κ = frac{|mathbf{r}'(t) times mathbf{r}''(t)|}{|mathbf{r}'(t)|} $$ 該公式通過位置向量函數r(t)的一階和二階導數計算彎曲程度。
在工程和物理學中,曲率概念廣泛應用于:
權威參考文獻:
曲率是描述幾何體彎曲程度的度量,在數學和物理學中廣泛應用。以下從不同角度詳細解釋:
平面曲線的曲率 對二維平面曲線,曲率表示某一點處切線方向變化的快慢程度。數學定義為: $$ kappa = frac{|y''|}{(1 + y')^{3/2}} $$ 其中$y'$和$y''$分别是函數的一階和二階導數。例如,圓的曲率為$frac{1}{r}$,半徑越小曲率越大。
三維空間曲線的曲率 推廣到三維空間,曲率計算公式為: $$ kappa = frac{|vec{r}'(t) times vec{r}''(t)|}{|vec{r}'(t)|} $$ 這裡$vec{r}(t)$是參數方程,曲率反映曲線偏離直線的程度。
曲面上的高斯曲率 對三維曲面,高斯曲率通過主曲率乘積定義: $$ K = kappa_1 cdot kappa_2 $$ 其中$kappa_1$和$kappa_2$是正交方向的主曲率。如球面各點高斯曲率為正,馬鞍面為負。
物理意義與應用
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