高等数学视角下的弧微分公式推导及曲率公式适用条件

在利用弧微分公式推导曲率公式时,针对弧微分公式证明过程中“弧长和弦长的比值极限为1”假设不严谨的问题,本文在高等数学知识体系内,利用曲线直角坐标方程得到了弧长与有向弧段的值之间的关系,提出了一种证明弧微分公式的方法.之后,针对四种不同形式的曲线方程,推导并总结了不同方程下的曲率公式及其适用条件,并针对性地给出了两个典型例题.最后,给出了一个运用曲率公式求解实际工程问题的案例.     

使用元素法必须满足的一个条件

设曲线弧由极坐标方程r＝r（θ）（a≤θ≤β）给出（如图）。其中r（θ）在[α，β]，用上具有连续导数。我们用如下方式来推导弧长公式。取θ为积分变量，其变化范围为[α，β]，相应于典型小区间「0，0＋doj的部分弧段BC的长用圆弧BD的长近似代替，得到弧长元素而课本（同济《高等数学》三版，以下说“课本”均指该书）上，在极坐标系下的曲线弧长公式为相比之下，可见（1）式肯定是错误的。门）式是仿照曲边扇形面积公式的推导过程用元素法推导出来的，而曲边扇形面积公式是完全正确的。同样使用元素法，为什么会一对一错呢？这就提出…     

基于第二类椭圆积分的椭圆弧长公式变换与应用

以第二类椭圆积分为理论基础,通过推导,将椭圆弧长公式变换为以椭圆离心角、极角等常用角度参数为自变量的第二类椭圆积分的标准形式,建立起椭圆弧长公式与第二类椭圆积分标准形式之间的关系,并分析了椭圆上的弧微分变化规律及椭圆周长与离心率的变化关系.公式反映了椭圆弧长的本质问题即为第二类椭圆积分问题.因此,各类涉及椭圆弧长计算的应用问题,均可化为第二类椭圆的计算问题,应用时直接调用各类编程软件的函数库中的第二类椭圆积分函数,无需复杂编程即可实现椭圆弧长的高精度计算.文章以GPS采用的WGS-84椭球子午线弧长为例进行计算分析,验证了给出的公式及相关分析的正确性及应用价值.     

曲线曲面积分的对称性质

在本文中先给出了弧元素、面元索在坐标变换下的变换公式，然后给出了曲线、曲面积分在坐标变换下的变换公式，最后利用上述坐标变换公式推出了曲线曲面积分的对称性质．     

曲线曲面积分的对称性质

在本文中先给出了弧元素、面元素在坐标变换下的变换公式，然后给出了曲线、曲面积分在坐标变换下的变换公式，最后利用上述坐标变换公式推出了曲线曲面积分的对称性质．     

椭圆弧长的级数表达式及其近似计算

导出了以椭圆参数方程离心角为变量的椭圆弧长级数表达式,可以计算任意离心角对应的椭圆弧长;在级数表达式基础上归纳了椭圆弧长近似计算公式,为解决实际应用问题提供了方便.     

两跳蚤移行路径长度比较

讨论有关文献在谈到曲线弧长公式时所提出的一个关于两跳蚤移行路径长度的问题.通过理论推导并借助图形分析显示,只是在一些离散的特殊时刻,两跳蚤移行的摆线长度才相等.     

三次Pythagorean Hodograph 曲线在给定总弧长下的$G^2$拼接

Pythagorean-hodograph (PH)曲线因其在弧长和等距线计算方面的优势而被广泛应用于曲线建模中.本文讨论了在总弧长约束下的三次PH曲线$G^2$连续拼接问题.具体地说,给定两个端点和一个拼接点,构造两条三次PH曲线,使其在指定总弧长下插值两个端点,并且在连接点处是$G^2$连续的.这也可以看作是一个曲线延拓问题.根据三次PH曲线的弧长公式和$G^2$连续条件,最终将问题转化为了一个带有约束的极小值问题,同时我们给出了几个具体例子来说明该方法.     

椭圆封头的外曲线及弦长计算

<正> 在真空容器(真空室)、压力容器和储存液体、低温液化气体的容器中,封头的应用是很普遍的,而其中又多数是内椭圆封头.在这些封头上,往往开有好些孔,以装置观察窗或用以测试容器内的气体、液体状态参数的仪表、液面计等.在加工过程中,为了确定这些孔的位置,可在封头外曲线上应用弦长法或弧长法求得.本文就椭圆封头外曲线的形状及弦长的计算进行讨论.我们从数学上证明了,椭圆封头的外曲线不是由椭圆方程所确定的曲线.用文中提出的有关公式和数值表可以计算出外曲线上任意一点的纵坐标和     

巧用乘法公式解题

乘法公式是《整式的乘除》中的重要内容,在初中代数里有很广泛的应用,在一些竞赛试题中也是常考的热门内容,其题目形式多样,技巧性强,解题时应根据题目的结构特征,选择乘法公式恰当地变形,或是对题目条件进行灵活的处理,化繁为简,或是将题目转化为熟悉的形式,从而达到求解的目的,本文通过一些典型的习题,介绍利用乘法公式处理这些题目的一些常见技巧,帮助大家总结和积累解题的方法.     

一道《解析几何》课本习题的应用

一道《解析几何》课本习题的应用四川省三台中学何莲芳邮编６２１１００众所周知，弦长公式｜ＡＢ｜＝（１＋ｋ２）△｜Ｑ｜（其中△＝ｂ２－４ａｃ）在处理直线与二次曲线的弦长问题时，有着十分重要的作用。然而，当涉及的长度不是弦长（如线段的一端在曲线上，而另一端...     

我们这样来求角

我们在学习弧长的计算公式"ι=n/180πR"(ι是n°的圆心角所对的弧长,R是圆的半径)时发现:弧长与圆周长的比等于弧所对的圆心角与周角的比.用公式表示为     

长曲线上的手术和基本不变量

本文给出长曲线上进行插入和推进时的基本不变量的变化公式及其应用．     

一道解几习题的应用

众所周知，弦长公式在处理直线与二次曲线的弦长问题时，有着十分重要的作用．然而，当涉及的长度不是弦长（如线段的一端在曲线上，而另一端在直线上或线段的两端不在同一条曲线上）时，上边的公式就失去了“用武之地”．那么，是否能找到一个类似于弦长公式的公式来解决上述矛盾，同时也能处理有关弦长问题呢？请看高级中学课本《平面解析几何》全一册（必修本）P27第5题，设A、B两点的坐标分别是A（x_1，y_1）和B（x_2，y_2），直线AB的倾斜角是a，求证：此结论可改写为：而利用这一结论可圆满地解决上述问题，下面略举几例．例1如图…     

计算球面距离的简便公式

本文先利用异面直线上两点间的距离公式、余弦定理和弧长公式，推导出计算两点间的球面距离公式，再以实例来说明公式的应用，供读者参考．定理设地球面上两点Ａ、Ｂ的经度分别是α、α１，纬度分别是β、β１，地球球心为Ｏ，球心角为∠ＡＯＢ，Ｒ为地球半经．则过Ａ、Ｂ...     

球面距离的计算

现行高一《立体几何》课本中 ,介绍了球面距离的概念 ,但没有例题 ,而这方面的习题却很多 ,同学们学习时普遍感到困难 .下面给出这类习题解答的示范 ,以供同学们参考 .1　位于同一纬度线上两点的球面距离例 1　已知Ａ ,Ｂ两地都位于北纬 4 5°,又分别位于东经 30°和 6 0°,设地球半径为Ｒ ,求Ａ ,Ｂ的球面距离 .分析 :要求两点Ａ ,Ｂ的球面距离 ,过Ａ ,Ｂ作大圆 ,根据弧长公式 ,关键要求圆心角∠ＡＯＢ的大小 (见图 1) ,而要求∠ＡＯＢ往往首先要求弦ＡＢ的长 ,即要求两点的球面距离 ,往往要先求这两点的直线距离 .解　作出直观图 (见图 2 …     

光滑曲线与可求长曲线的注记

文献[1]指出光滑性不是建立弧长计算公式的必要条件,并在导数x’（t）,y’（t）可积的条件下建立了弧长计算公式．本文对可求长曲线弧长的计算问题进一步探讨,在黎曼（Riemann）可积条件下,给出有限维赋范线性空间上的曲线弧长计算公式．     

光滑曲线与可求长曲线

一些高等数学(微积分)教材在推导曲线长度计算公式时,都假定了“光滑曲线”这一条件.指出光滑性不是建立弧长计算公式的必要条件,在导数x(′t),y′(t)可积的条件下建立了弧长计算公式.     

解析中考与圆锥相关的计算问题

近年来,与圆锥相关的计算问题在中考中时常出现,解答这类问题时,应明确圆锥侧面展开图是扇形,这个扇形的半径等于圆锥的母线长,弧长等于圆锥底面圆的周长,圆锥的侧面积等于侧面展开图扇形的面积,并灵活应运扇形的弧长、面积公式.下面以近几年中考题为例介绍一些和圆锥的侧面展开图有关的计算问题,供大家复复习时参考.     

参数曲线近似弧长参数化的三角函数方法

本描述了一种局部的近似弧长参数化插值方法，用三角函数对曲线的弧长函数进行分段逼近，段与段之间是相互独立的，且插值曲线在插值点处的弧长与原参数曲线的真实弧长相等。