弧微分公式

第十一节平面曲线的曲率一、弧微分二、曲率及计算公式三、曲率半径与曲率圆四、小结五、作业一、弧微分NRTA0xMxxx.),()(内具有连续导数在区间设函数baxfxyo),,(:00yxA基点,),(为任意一点yxM规定：;)1(增大的方向一致曲线的正向与x,)2(sAM.,,,取负号相反时取正号一致时的方向与曲线正向当ssAM).(xss单调增函数),,(yyxxN设如图，NTMTMNMN,0时当x22)()(yxMNxxy2)(1,12dxysMN,ds22)()(dydxMT,12dxy）＝xodyyNT(,0NMTRA0xxxxxyo||s|)(|xoxxy2)(1dxy21xxxy2)(1||s|)(|xoxs|)(|xxox.12dxyds,)(为单调增函数xss.12dxyds故弧微分公式2)(1yxxy2)(1dxy21用除不等式得取极限得二、曲率及其计算公式曲率是描述曲线局部性质（弯曲程度）的量。1M3M22M2S1SMM1S2SNN弧段弯曲程度越大转角越大转角相同弧段越短弯曲程度越大1.曲率的定义1SS).M.MC0Myxo.sKMM的平均曲率为弧段设曲线C是光滑的，.0是基点M,sMM.切线转角为MM定义sKs0lim曲线C在点M处的曲率,lim0存在的条件下在dsdss.dsdK2.曲率的计算公式注意:(1)直线的曲率处处为零;(2)圆上各点处的曲率等于半径的倒数,且半径越小曲率越大.,12dxyydydxd2sec22)(1tan1yyydxd'(),(,)tan,(,CyfxCMxyy设曲线的方程为且具有二阶导数,则曲线在任意点处的切线斜率为为切线倾斜角),),(),(二阶可导设tytx.)]()([)()()()(2322ttttttk,)()(ttdxdy.)()()()()(322tttttdxyd.12dxyds.)1(232yyk,12dxyyd.dsdK'''''''2'23/2|()()()()|;[(())(())]ttttktt曲线由参数方程曲线由极坐标方程(),()xtyt()rr2'2''2'23/2|2|.()rrrrkrr例1?2上哪一点的曲率最大抛物线cbxaxy解,2baxy,2ay.])2(1[2232baxak显然,,2时当abx.最大k,)44,2(2为抛物线的顶点又aacbab.最大抛物线在顶点处的曲率【例2】求立方抛物线上任一点的曲率。yx3点击图片任意处播放\暂停).(1),(,的半径为圆弧轨道到率连续地由零过渡使曲如图缓冲段弯道之间接入一段稳，往往在直道和驶平容易发生事故，为了行的曲率突然改变道时，若接头处铁轨由直道转入圆弧弯RR例三、曲率圆与曲率半径定义D)(xfyMk1.),(,.1,,).0(),()(处的曲率圆称此圆为曲线在点如图作圆为半径为圆心以使在凹的一侧取一点处的曲线的法线上在点处的曲率为在点设曲线MDkDMDMkkyxMxfy,曲率中心D.曲率半径xyo1.曲线上一点处的曲率半径与曲线在该点处的曲率互为倒数..1,1kk即注意:2.曲线上一点处的曲率半径越大,曲线在该点处的曲率越小(曲线越平坦);曲率半径越小,曲率越大(曲线越弯曲).3.曲线上一点处的曲率圆弧可近似代替该点附近曲线弧(称为曲线在该点附近的二次近似).例3xyoQP.,.70,/400,)(40002压力飞行员对座椅的到原点时求俯冲千克飞行员体重秒米处速度为点在原俯冲飞行单位为米飞机沿抛物线vOxy解如图,受力分析,PQF视飞行员在点o作匀速圆周运动,.2mvFO点处抛物线轨道的曲率半径002000xxxy,0.200010xy得曲率为.200010xxk曲率半径为.2000米2000400702F),(4.571)(5600千克牛),(4.571)(70千克力千克力Q).(5.641千克力即:飞行员对座椅的压力为641.5千克力.