ZÁKLADY GEOMETRIE KŘIVEK A PLOCH

Podobné dokumenty
SMR 1. Pavel Padevět

Q N v místě r. Zobecnění Coulombova zákona Q 3 Q 4 Q 1 Q 2

Zavedeme-li souřadnicový systém {0, x, y, z}, pak můžeme křivku definovat pomocí vektorové funkce.

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2018/2019

Výslednice, rovnováha silové soustavy.

Základy počítačové grafiky

6 Diferenciální operátory

Fyzika. Fyzikální veličina - je mírou fyzikální vlastnosti, kterou na základě měření vyjadřujeme ve zvolených jednotkách

MAGNETICKÉ POLE ELEKTRICKÉHO PROUDU. r je vyjádřen vztahem

EKONOMICKO-MATEMATICKÉ METODY

Diferenciální geometrie

Rozvinutelné plochy. tvoří jednoparametrickou soustavu rovin a tedy obaluje rozvinutelnou plochu Φ. Necht jsou

SÍŤOVÁ ANALÝZA. Základní pojmy síťové analýzy. u,. Sjednocením množin { u, u,..., 2. nazýváme grafem G.

Diferenciální operátory vektorové analýzy verze 1.1

Technická univerzita v Liberci. Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Katedra matematiky a didaktiky matematiky KŘIVKY. Pomocný učební text

3.7. Magnetické pole elektrického proudu

Trivium z optiky Vlnění

4. cvičení z Matematické analýzy 2

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité rozložení náboje

1. Dvě stejné malé kuličky o hmotnosti m, jež jsou souhlasně nabité nábojem Q, jsou 3

K přednášce NUFY028 Teoretická mechanika prozatímní učební text, verze Malé kmity Leoš Dvořák, MFF UK Praha, 2014

vektor a vrátili jiný vektor. Měli-li jsme jistou pozorovatelnou A, dostali jsme jejím změřením

14. přednáška. Přímka

Učební text k přednášce UFY102

Úvodní informace. 17. února 2018

Příklady elektrostatických jevů - náboj

Planimetrie. Přímka a její části

ANALÝZA VZTAHU DVOU SPOJITÝCH VELIČIN

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

ODVOZENÍ OBLASTI NECITLIVOSTI PRO PARAMETRY STŘEDNÍ HODNOTY REGULÁRNÍHO SMÍŠENÉHO LINEÁRNÍHO REGRESNÍHO MODELU BEZ PODMÍNEK

Diferenciáln. lní geometrie ploch

2.1 Shrnutí základních poznatků

ANALYTICKÁ GEOMETRIE LINEÁRNÍCH ÚTVARŮ V ROVINĚ

Cvičení z termomechaniky Cvičení 6.

Zobrazení kružnice v pravoúhlé axonometrii. osy, která je normálou roviny dané kružnice; délka hlavní poloosy je rovna poloměru

0.1 Úvod do lineární algebry

Úlohy domácí části I. kola kategorie A

FERGUSONOVA KUBIKA. ( u) ( ) ( ) X s X s. Kubický spline C 2 má dva stupně volnosti Q 1 Q 2

Matematický ústav Slezské univerzity v Opavě Učební texty k přednášce ALGEBRA II, letní semestr 2000/2001 Michal Marvan

Matematika (CŽV Kadaň) aneb Úvod do lineární algebry Matice a soustavy rovnic

Limita a spojitost funkce a zobrazení jedné reálné proměnné

0.1 Úvod do lineární algebry

Cyklografie. Cyklický průmět bodu

Další plochy technické praxe

Úlohy domácího kola kategorie B

Numerická matematika 1. t = D u. x 2 (1) tato rovnice určuje chování funkce u(t, x), která závisí na dvou proměnných. První

Diferenˇcní rovnice Diferenciální rovnice Matematika IV Matematika IV Program

Lineární algebra : Metrická geometrie

Dále budeme předpokládat, že daný Markovův řetězec je homogenní. p i1 i 2

1 Soustavy lineárních rovnic

Analytická geometrie přímky, roviny (opakování středoškolské látky) = 0. Napište obecnou rovnici. 8. Jsou dány body A [ 2,3,

1 Řešení soustav lineárních rovnic

4. konference o matematice a fyzice na VŠT Brno, Fraktály ve fyzice. Oldřich Zmeškal

1 Báze a dimenze vektorového prostoru 1

Michal Zamboj. January 4, 2018

Definice Tečna paraboly je přímka, která má s parabolou jediný společný bod,

Řešení testu 2b. Fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) NOFY ledna 2016

Necht tedy máme přirozená čísla n, k pod pojmem systém lineárních rovnic rozumíme rovnice ve tvaru

Podmíněná pravděpodobnost, spolehlivost soustav

Lineární algebra : Lineární prostor

nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

9 Kolmost vektorových podprostorů

Katedra aplikované matematiky FEI VŠB Technická univerzita Ostrava luk76/la1

Vlnovody. Obr. 7.1 Běžné příčné průřezy kovových vlnovodů: obdélníkový, kruhový, vlnovod, vlnovod H.

Úvod do parciálních diferenciálních rovnic. 2 Kanonický tvar lineárních PDR 2. řádu pro funkce

Kapitola 5. Seznámíme se ze základními vlastnostmi elipsy, hyperboly a paraboly, které

Chemické reaktory. Chemické reaktory. Mikrokinetika a Makrokinetika. Rychlost vzniku složky reakcí. Rychlost reakce

1. Nejkratší cesta v grafu

Rovnice přímky. s = AB = B A. X A = t s tj. X = A + t s, kde t R. t je parametr. x = a 1 + ts 1 y = a 2 + ts 2 z = a 3 + ts 3. t R

I. kolo kategorie Z9

MECHANIKA I. Jaromír Švígler

Michal Zamboj. December 23, 2016

7.KINEMATICKÁ GEOMETIE V ROVINĚ 7.1 Rovinné křivky

terminologie předchozí kapitoly: (ϕ, Ω) - plocha, S - geometrický obraz plochy

Vybrané kapitoly z matematiky

7 Úvod do kinematické geometrie v rovině

II Polynomy. 1. Zá kladnívlastnosti

7. Lineární vektorové prostory

5. Světlo jako elektromagnetické vlnění

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

1/15. Kapitola 2: Reálné funkce více proměnných

1. Spektrální rozklad samoadjungovaných operátorů 1.1. Motivace Vlastní čísla a vlastní vektory symetrické matice 1 1 A = 1 2.

10. Soustavy lineárních rovnic, determinanty, Cramerovo pravidlo

Agregace vzájemné spojování destabilizovaných částic ve větší celky, případně jejich adheze na povrchu jiných materiálů

Matematické modelování ve stavební fyzice

Interpolace, ortogonální polynomy, Gaussova kvadratura

KRUHOVÁ ŠROUBOVICE A JEJÍ VLASTNOSTI

MAGNETICKÉ POLE CÍVEK V HELMHOLTZOVĚ USPOŘÁDÁNÍ

2.5. MATICOVÉ ŘEŠENÍ SOUSTAV LINEÁRNÍCH ROVNIC

1 Analytická geometrie

3.1. Magnetické pole ve vakuu a v látkovém prostředí Elektromagnetická indukce Energie a silové účinky magnetického pole...

Limita a spojitost funkce

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

8 Matice a determinanty

Šroubovice... 5 Šroubové plochy Stanovte paprsek tak, aby procházel bodem A a po odrazu na rovině ρ procházel bodem

Derivace a monotónnost funkce

DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

ANALÝZA ROZPTYLU (Analysis of Variance ANOVA)

Pružnost a plasticita II

Neuronové sítě. Doc. RNDr. Iveta Mrázová, CSc. Katedra teoretické informatiky Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy v Praze

Transkript:

ZÁKLADY GEOMETRIE KŘIVEK A PLOCH Povzoní studní mateál - -

Křvky v toozměném postou Úvod E - toozměný eukldovský posto s pevně zvolenou katézskou soustavou P e e V - eho zaměření D Nechť J R Zobazení X : J E (esp x : J V funkce edné poměnné e se nazývá bodová (vektoová Pozn Lmta bodové esp vektoové funkce v čísle t exstue pávě když exstuí lmty eích složek: lm x a ( Pak platí lm X ( t A esp lm x( t a kde A ( a a a a tt tt tt a a a ( a Bodová nebo vektoová funkce e spotá v čísle t estlže e v t defnována a má zde lmtu ovnou funkční hodnotě v čísle t Devace dx ( t X ( t h X ( t Xɺ + ( t lm h h ( xɺ ( t xɺ ( t xɺ ( t analogcky po vektoovou funkc: dx( t xɺ ( t x( t lm h + h x( t h ( xɺ ( t xɺ ( t xɺ ( t V obou případech e devací vekto! 4 d d Xɺ + u ɺ d( uv uɺ v + u v ɺ uɺ v w + u vɺ w + u v w ɺ ( X + u d ( f u ( u v w ( ( ( d u v ( fɺ u + f u ɺ uɺ v + u v ɺ D Řekneme že eálná bodová nebo vektoová funkce e třídy C n ( n N estlže e na dané množně spotá se svým devacem až do řádu n - -

D Množnu k E nazýváme egulání křvkou e-l učena aspoň ednou bodovou (esp vektoovou funkcí R( t esp vektoovou funkcí ( t defnovanou na otevřeném ntevalu J s těmto vlastnostm: R( t esp ( t e postá a třídy aspoň t J : Rɺ ( t esp ( t C Pozn V dalším budeme upřednostňovat vektoové popsy křvek Vekto (t - názvy: adus vekto polohový vekto původní vekto Tansfomace paametu D4 Funkce t t( u kteá zobazue otevřený nteval I na otevřený nteval J se nazývá n přípustná funkce estlže e třídy C a u I : du Nechť k: ( t t J e egulání křvka t t(u přípustná funkce t : I J Pak e buď > nebo < t( u e vzáemně ednoznačné zobazení I na J du du učue tutéž křvku k Od vyádření x (u k vyádření (t předeme substtucí což e zřemě také přípustná funkce Vektoová funkce x( u ( t( u u I Pozn Dá se ukázat že k lbovolným dvěma popsům (t a x (u téže egulání křvky lze nalézt přípustnou tansfomac t t(u esp u u(t V dfeencální geomet obvykle ozlšueme ůzné popsy téže křvky en ozlšením paametu píšeme: (t (u místo spávněšího (t x (u Řekneme že dvě paametzace sou souhlasné (nesouhlasné estlže příslušná tansfomace paametu e ostoucí (klesaící přípustná funkce Relace souhlasnost e ekvvalence a ozkládá množnu všech paametzací křvky k do dvou tříd Každou z nch nazveme oentací křvky k Oentac na křvce zvolíme zadáním eí lbovolné paametzace hovoříme pak o oentované křvce Do obázku vyznačueme smě špkou tak aby to odpovídalo ostoucím hodnotám paametu (př fyzkální ntepetac směu pohybu Tečna křvky k: ( t t J e egulání křvka smě tečného vektou ɺ (t (neoentovaný nezávsí na volbě d d paametu Je-l totž t t(u přípustná tansfomace pak ɺ (u a ɺ (t sou du du lneáně závslé nenulové Rovnce y ( t + α ɺ( t učue ednoznačně tečnu v bodě t (nezávsle na paametckém vyádření křvky - -

Pozn ɺ ( t ( t lm h O + h ( t h Lacky řečeno: Tečna křvky e přímka kteá spoue eí dva nekonečně blízké body (ob (t (t + h 4 Oskulační ovna k: ( t t J Z devací d ɺ du du du e egulání křvka t t(u přípustná funkce d d t a ɺ + ɺ du du d vdíme že vektoy a du d sou lneáně závslé pávě tehdy když sou lneáně závslé vektoy ɺ a ɺ du tedy smysl následuící defnce ɺ (pomyslete Má D5 Bod R ( t křvky k: (t se nazývá nflexní (nenflexní estlže sou vektoy ɺ ( t a ɺ ɺ ( t lneáně závslé (nezávslé Po nenflexní bod R t se nazývá ovna učená tímto bodem a vektoy ɺ t a ɺ ɺ t oskulační ( ( ovna křvky v bodě R t V případě nflexního bodu R ( t e oskulační ovnou každá ovna obsahuící tečnu křvky v daném bodě Pozn Oskulační ovna e ta kteá se v daném bodě ke křvce nevíce přmyká (ovna položená třem nekonečně blízkým body ( O ( Rovnce oskulační ovny v bodě t : Vekto ɺ ( t ɺ ( t e kolmý na τ a vekto x ( t kde x značí polohový vekto bodu oskulační ovny τ e ovnoběžný s τ Stučně: X τ x ( ( ɺ ɺɺ b bnomála µ ektfkační ovna nomálová ovna ν τ oskulační ovna X τ : ɺ ɺɺ t tečna (t hlavní nomála n - 4 -

Další pomy zavádíme pomocí obázku Komentář k obázku: V bodě ( t e: bnomála b - kolmce na oskulační ovnu τ hlavní nomála n e kolmce na tečnu t v ovně τ nomálová ovna ν e dána přímkam n b a ektfkační ovna µ dána přímkam b t Každá přímka kolmá na t v bodě ( t se nazývá nomála Všechny nomály tvoří ovnu ν Pozn Oskulační ovna ovnné křvky e ta ve kteé křvka leží 5 Oblouk křvky D6 Nechť k: ( t t J t s( t ɺ ɺ t e egulání křvka a se nazývá oblouk křvky (též přozený paamet Geometcký význam: Délka křvky mez body t a (t se ovná s (t Pozn Gaf vhodné funkce f (x x ( f ( x s + dx x Tansfomace e přípustná neboť ( t J pevně zvolené číslo Funkce y s lze představt ako křvku s vyádřením ( x ( x f ( x ds ( ɺ ( ɺ ( ɺ Platí: x x x + + > ds ds ɺ ɺ Invezní funkce: t t(s má tedy devac t ( s ds ds ds ɺ ɺ Devace podle oblouku s značíme čákou a podle ného paametu tečkou Pak V Zavedeme-l na křvce dva oblouky s a s* pak s* s + K ε ± a K e eálné číslo d V Nechť k: ( s s J e egulání křvka Pak s e oblouk pávě tehdy když po ds všechna s J ε kde { } V V nenflexním bodě egulání křvky učené vektoovou funkcí ( s platí ( s ( s kde s e oblouk 5 Pvní křvost křvky D7 Číslo k ( s ( s nazýváme pvní křvost (flexe křvky k v čísle s vekto (s nazveme vektoem pvní křvost a ednotkové vektoy t ( s ( s ( s n( s a b( s t ( s n( s nesou ( s - 5 -

po řadě názvy vekto tečny vekto hlavní nomály a vekto bnomály křvky k v bodě s Uspořádaná toce ( t n b se nazývá Fenetův tohan Poznámky Z defnce plyne t k n ( Oentace vektou t závsí na paametzac ale toce ( t n b oentovány souhlasně Rozlšu tečný vekto a vekto tečny! a e e ( e sou vždy V4 Bod křvky e eím nflexním bodem pávě tehdy když k Je-l k pak V5 (Lagangeova dentta Po každé dva vektoy u v platí ( u u ( v v ( u v u v V6 Nechť k: (s e egulání křvka a t α( h (s a t ( s + h platí k( s lm h h s J oblouk Označíme-l α (h odchylku vektoů ( k ɺ ɺɺ ( ɺ ɺ k ɺ ɺ xɺ yɺ zɺ ( k ɺɺ x ɺɺ y ɺɺ z yɺ zɺ zɺ xɺ xɺ yɺ + + ɺɺ y ɺɺ z ɺɺ z ɺɺ x ɺɺ x ɺɺ y ( ɺ ɺ Rovnné křvky: ( x( t y( t ( x y ɺ ɺ ɺ ( ɺɺ x ɺy ( k ɺ ɺ ( xɺ ɺɺ y ɺɺ x yɺ ( xɺ + yɺ Je-l křvka explctně vyádřena funkcí y f (x můžeme položt t x pak x( t x y( t f ( x z ( t Po pvní křvost dostaneme: ( ( f k ( + f - 6 -

6 Fenetovy vzoce V7 (Věta o otonomálním epéu Nechť vektoy m ( m ( a m ( tvoří otonomální epé na otevřeném ntevalu J a platí mɺ a m Pak e matce koefcentů má tedy tva a a a a a a t t t a antsymetcká V8 (Fenetovy vzoce Po vektoy t n b kteé učuí v každém bodě křvky k eí Fenetův tohan platí: t k n n k t + k b ( b k n kde eálné funkce k a k sou po řadě pvní a duhá křvost křvky k Pozn Pvní ze vztahů e ( duhé dva plynou z V6 označíme-l a k Duhou křvost sme tímto defnoval ako eden z koefcentů vztahu ( Jeí význam ozřemí následuící věty V9 Nechť k: (s e egulání křvka a s J oblouk Označme α (h esp β (h odchylku vektoů t (s a t ( s + h esp b (s a b ( s + h Pak platí α( h β ( h k( s lm esp k( s lm h h h h V Nechť křvka k neobsahue nflexní body Pak má v každém svém bodě duhou křvost ovnu nule pávě tehdy když e ovnná Výpočet duhé křvost: k b k n b ( k ( ɺ ɺ ɺɺ ɺɺ k ɺ ɺ Přozené ovnce křvky: k k( s a k k( s Křvka e (až na umístění plně učena svým křvostm - 7 -

7 Styk dvou křvek oskulační kužnce Nechť se křvky učené vektoovým funkcem ( s a ( s potínaí v bodě X učeném hodnotam s a s ech přozených paametů To znamená že platí ( s ( s Povedeme Tayloův ozvo po obě vektoové funkce: s s ( ( ( ( (!!! s s s ( ( ( ( (!!! S s + s s + s + s + s + + Rn+ s + s s + s + s + s + + Rn+ Rozdílem obou vztahů dostaneme s s s ( s + s ( s + s ( ( s ( s + ( ( s ( s + ( ( s ( s +!!! Jestlže se s blíží k nule závsí vzdálenost bodů s polohovým vektoy ( s + s ( s + s na ozdílu devací Poto má smysl zavést následuící defnc D8 Nechť se dvě křvky ( s a ( s potínaí v bodě X učeném hodnotam s a s ech přozených paametů tedy ( s ( s Říkáme že křvky maí v bodě X styk alespoň n tého řádu (též možno říc alespoň n + bodový styk pávě když platí d ds d ( s ( s po n ds Platí-l navíc d ds d ( ( ds n+ n+ s n s + n+ maí styk pávě n tého řádu ( n + bodový Oskulační kužnce křvky ( t v eím bodě ( t e kužnce kteou dostaneme ako lmtní polohu kužnce opsané toúhelníku s vcholy v koncových bodech základního umístění vektoů ( t ( t ( t pokud se t a t blíží k hodnotě t Oskulační kužnce se též nazývá kužnce křvost a má s danou křvkou styk duhého řádu (tříbodový styk Jeí polomě ρ nazýváme polomě křvost křvky v bodě t a střed oskulační kužnce e střed křvost křvky v bodě t Nechť e křvka vyádřena pomocí oblouku tedy ( s Pak má oskulační kužnce tyto vlastnost: Kužnce leží v oskulační ovně bodu s pochází bodem ( s má s křvkou společnou tečnu v bodě ( s 4 má s křvkou společnou hlavní nomálu v bodě ( s 5 eí střed S leží na hlavní nomále ( s ( s tečna p p ( s n k - 8 -

6 eí polomě má velkost k( s 7 Po polohový vekto středu oskulační kužnce platí (vz obázek p ( s + n k ( 8 Obalová křvka evoluta evolventa Obalovou křvkou (obálkou ednopaametcké soustavy křvek se nazývá taková křvka k kteá se dotýká každé křvky z dané soustavy křvek a záoveň e každý eí bod bodem dotyku s někteou křvkou soustavy Křvka h kteá potíná kolmo všechny tečny dané křvky k se nazývá evolventou křvky k Obalová křvka nomál křvky k se nazývá evoluta křvky k Každá křvka má ednou evolutu a záoveň í přísluší nekonečně mnoho evolvent Evoluta l křvky k se defnue ako množna všech eích středů křvost Je záoveň obalovou křvkou nomál křvky k Křvka k e tzv evolventou křvky l Evolventa křvky k se defnue ako křvka h kteá potíná kolmo všechny tečny dané křvky k Každá křvka má ednou evolutu a záoveň í přísluší nekonečně mnoho evolvent Dá se ukázat že evolventa vznká ako taektoe bodu tečny př eím odvalování po dané křvce Rovnce evoluty ovnné křvky ( x( t y( t ɺ ɺ ɺ má odvodíme ze vztahu ( Vekto ( x( t y( t smě tečny poto má vekto nomály tva n yɺ xɺ xɺ + yɺ xɺ + yɺ navíc ɺ ɺɺ D k ( ɺ ɺ ( xɺ + yɺ x y kde D ɺ ɺ ɺɺ x ɺɺ y Po dosazení do ( dostaneme po souřadnce X ( t a Y ( t evoluty l ovnce yɺ X x t xɺ + yɺ Y y t + xɺ + yɺ D xɺ D ( ( ( ( - 9 -

Úlohy: Dokažte že evolutou elpsy x acos t y bsn t e tzv zobecněná asteoda o ovnc 4 ( ax + ( by e kde e a b e excentcta elpsy Dokažte že evolutou paaboly y px e semkubcká paabola 7 py 8( x p Dokažte že evolventou kužnce x + y e křvka s vyádřením x (cost + t sn t y (sn t t cos t - -

GEOMETRIE PLOCH Základní pomy Defnce a věty uvádíme pouze po vektoové funkce Pomyslete s ech analoge po bodové funkce Defnce Vektoová funkce ( u u M R R do vektoového postou V poměnných u u M e zobazení množny Je tedy u u ( x u u x u u x u u poměnných ( ( ( ( kde u u a x ( u u sou eálné funkce Defnce Nechť exstuí lmty lm x ( u u a { } u u u u pak lmtou funkce ( u u ( x ( u u x( u u x( u u vekto a a a ( a v bodě ( u ozumíme u Defnce Pacální devace funkce značíme a defnueme následovně: u ( u + h u ( u u lm h h ( ( x u x u x u + u h u u u u u h u u x x x lm h u u x u u x u u x u u Defnce 4 Souvslá a otevřená podmnožna Ω množny ω R x R se nazývá oblast Přtom Ω e souvslá pávě když každé dva eí body lze spot lomenou čaou kteá celá leží v Ω Ω e otevřená množna pávě když ke každému eímu bodu X exstue δ okolí kteé e podmnožnou množny Ω Poznámka Množnu ω R x R s představueme ako atmetcky poatou ovnu poto zde eí pvky (uspořádané dvoce eálných čísel nazýváme body δ okolí bodu X e množna všech bodů ovny ω kteé maí od bodu X vzdálenost menší než δ Delta okolí X d - -

Defnce 5 Množna bodů X O + z postou E kteé sou učeny vektoovou funkcí ( u u se nazývá egulání plocha pávě když současně platí: a e defnována na oblast Ω a má zde spoté pacální devace neméně do řádu (e třídy alespoň C b Vektoy u a u sou lneáně nezávslé po všechna ( u u Ω c Každým dvěma ůzným bodům z Ω přísluší dva ůzné body plochy (t e postá funkce Tansfomace paametů na ploše Tutéž plochu lze popsat pomocí ůzných vektoových funkcí Defnce 6 Nechť Z e zobazení oblast Ω na oblast Ω dané funkcem u u ( u u a u u ( u u kde ( u u Ω a ( u u Ω Zobazení Z se nazývá přípustné zobazení pávě když současně platí: a Zobazení Z e posté b Funkce u u sou třídy aspoň C u u c u u Po všechny body ( u u Ω e akobán u u ůzný od nuly u u Věta Z : Ω Ω Je- l Z přípustné zobazení oblast Ω na oblast Ω pak exstue nvezní zobazení Věta Nechť ( u u defnována na oblast Ω učue egulání plochu P a Z e přípustné zobazení oblast Ω na oblast Ω dané funkcem u u ( u u u u ( u u kde ( u u Ω a ( u u Ω Pak vektoová funkce ( u u ( u ( u u u ( u u učue tutéž plochu P Věta Jestlže sou ( u u ( u u Ω a a ( u u ( u u Ω pak exstue přípustné zobazení Z: ( u u ( u ( u u u ( u u u ( u u u ( u u ( u u oblast Ω na oblast Ω takové že ( dvě ůzná vyádření téže plochy P kde - -

Souřadncové křvky Defnce 7 Nechť ( u u pevně zvolený bod Křvka daná ovncí ( ( u c u e e egulání plocha defnovaná na oblast Ω a ( ( u u c se nazývá u křvka v bodě C C ( c c Ω e u křvka v bodě C a křvka daná ovncí Poznámka Každým bodem C oblast Ω pochází pávě edna u křvka a pávě edna křvka Tyto křvky vytvářeí soustavu křvočaých souřadnc na ploše Tečny k nm v bodě C nesplývaí ak plyne z defnce 5 Paametcká křvka nemusí být nutně egulání 4 Příklady někteých ploch c c c ( O u křvka u křvka u ( a cos u a sn u u - válcová plocha ( u u ( a cosu cos u a snu cos u a sn u - kulová plocha (Podobně vz přednáška 5 Křvky na ploše Ve vyádření plochy ( u u defnované na oblast Ω zvolíme funkce u u ( t a e otevřený nteval tak aby ( ( ( u u ( t kde t J ( u ( t u ( t ( t e křvka v E kteá leží na dané ploše u t u t Ω po všechna t J Pak Příklad ( a cos u a sn u u ( u u R R (vz přednáška 6 Tečné a nomálové vlastnost plochy Tečný vekto ke křvce ( u ( t u ( t ( t e du ɺ + du du du Přtom Skaláy a kteým násobíme vektoy a představuí u souřadnce tečného vektou ɺ křvky ve vntřní geomet plochy Nazývaí se kontavaantní souřadnce vektou - -

Věta 4 Tečny ke všem křvkám plochy v eím daném bodě učené tímto bodem a vektoy ( u u ( u u v bodě dotyku T Jeí paametcké vyádření e x α + β α β R Rovnce tečné ovny ve vektoovém tvau: ( x T : ( u u leží v edné ovně Tato ovna se nazývá tečná ovna plochy (Výaz na levé staně ovnce e smíšený součn uvedených tří vektoů Bod X e bodem tečné ovny pávě když e v příslušném detemnantu e pvní řádek lneání kombnací duhých dvou a Nomála plochy má směový vekto n ( Příklad Rotační paabolod e učen funkcí ( ( ovnu a nomálu v bodě T : ( (Řešení vz přednáška u u u + u u R Učete eho tečnou 7 Pvní základní foma plochy ( ( Plocha: u u kde u u Ω + + d du du du du u u ϕ d d d du du g du du g du + g du du + g du ( ( E F G ( Gaussovo značení koefcentů základní fomy plochy: g E g g F g G Výpočet koefcentů: g - 4 -

Aplkace základní fomy ( a Délka oblouku křvky ( t u ( t u ( t t t s ϕ gdu t du t t t ( ( na ploše e b Obsah plochy g g Dskmnant základní fomy e detemnant g gg g g g cosα Platí: g det ( cos α cosα Element plochy: ds d d du du du du g du du Obsah plochy: S ds gdu du Ω Ω c Skalání součn vektoů v tečném bodě plochy V daném bodě plochy uvažume tečnou ovnu a v ní vektoy: a a + a a b b + b b a b sou souřadnce vektoů a b vzhledem k báz ( Skalání součn vektoů: a b a b g a b d Odchylka dvou křvek plochy e odchylka ech tečen: a b ga b cosα a b g a a g b b kl k l m n mn Defnce 8 Jestlže se paametcké křvky v každém bodě plochy potínaí kolmo řekneme že tvoří otogonální síť Věta 5 Paametcké křvky tvoří na ploše otogonální síť pávě tehdy když v každém bodě plochy e g - 5 -

8 Duhá základní foma plochy V následuících úvahách budeme na ploše σ ( u u ( u u kde s e oblouk : kde Ω volt křvku l : y y s u s u s ( ( ( ( ( Defnce 9 Jednotkový vekto m se nazývá vekto nomály v daném bodě Pochází-l navíc tímto bodem křvka s vektoovým vyádřením ( pak číslo kn y m nazýváme nomálová křvost křvky v daném bodě Poznámka Číslo k n představue velkost kolmého půmětu vektou y do nomály ϕ Věta 6 Platí k n kde skalá ϕ m du du h du du nazýváme duhá základní ϕ foma plochy a eho koefcenty h m sou tzv koefcenty duhé základní fomy plochy Věta 7 (důsledek věty 6 Nomálová křvost všech křvek plochy kteé maí v daném bodě plochy společnou tečnu e v tomto bodě stená Na směu tečny v daném bodě však závsí Věta 8 Platí h m m kde m u Defnce Smě v němž e nomálová křvost v daném bodě plochy nulová se nazývá asymptotcký smě Bod plochy ve kteém e každý smě asymptotcký nazýváme planání bod plochy Poznámka Planání body představuí analog nflexních bodů křvek Věta 9 Plocha má všechny své body planání pávě tehdy když e to ovna nebo eí část Defnce Číslo Rn se nazývá polomě nomálové křvost a bod Sn X + Rn m e střed kn nomálové křvost plochy v daném bodě Věta Všechny křvky na dané ploše kteé pocházeí eím bodem X a maí v něm společnou tečnu a společnou oskulační ovnu ůznou od tečné ovny plochy maí v bodě X stenou křvost Mez těmto křvkam e pávě edna ovnná (e půnkem plochy a zmíněné oskulační ovny - 6 -

Věta (Meusne 776 Nechť t e tečna k egulání ploše v eím bodě X a smě tečny t není asymptotcký Množnou středů všech oskulačních kužnc těch křvek plochy kteé maí společnou tečnu t e kužnce l o půměu Sn X ež leží v ovně kolmé na tečnu t Důkaz Na obázku e řez plochy σ ovnou π kteá de bodem X a e kolmá na zvolenou tečnu t S n e střed nomálové křvost plochy v bodě X přímka SX e půnk ovny π a oskulační ovny křvky y( s ( u ( s u ( s eíž tečnou e t Bod S X e střed křvost křvky y Zřemě S l pávě když ( S X ( S S Vypočítáme tedy skalání součn ( S X ( Sn S Platí: ( S X ( Sn S ( S X ( ( Sn X ( S X ρn ( Rnm ρn kde ρ e polomě křvost křvky y y y Za eí vekto nomály dosadíme n ρ y a dostaneme y k S X S S ρ R y m ρ n n ρ R ρ Rn ( ( n n n n Tím e důkaz poveden Dupnova ndkatx ϕ h du du Z defnce nomálové křvost plyne Př označení t R ϕ ds ds n vztah přepsat na tva Rnh t t Položme eště q t R n Obdžíme ovnc du můžeme předchozí ds h q q ± ( kteá představue ovnc středově souměné kuželosečky nebo dvoce středově souměných kuželoseček v souřadncích q Středová souměnost plyne z toho že se vztah nemění záměnou ( q q ( q q Křvka daná vztahem ( se nazývá Dupnova ndkatx Jeí význam spočívá v tom že popsue velkost nomálové křvost plochy v bodě X v závslost na směu tečny x Abychom vyšetřl asymptotcké směy zavedeme homogenní souřadnce pomocí vztahů q x Rovnce ( bude mít po úpavě tva h x + h x x + h x ± x ( Poznameneme že sme zde na chvíl opustl tenzoovou symbolku a tak honí ndexy ve vztahu ( představuí mocnny Po nevlastní bod kuželosečky e x a eho zbývaící souřadnce tedy - 7 -

splňuí vztah h x + h x x + h x Na tuto podmínku se můžeme dívat ako na ovnc s neznámou x paametem x a dskmnantem D 4 h kde h h h h Nechť e h > Pak e dskmnant D záponý a kuželosečka nemá nevlastní body Je to elpsa nebo kužnce Vzdálenost od počátku soustavy souřadnc e úměná číslu R n Bod X v tomto případě nazýváme elptcký bod Je-l Dupnova kvadatx kužncí užíváme po bod X název kuhový bod Bod X e kuhový pávě když h c g kde c e konstanta Vztah ( má totž v takovém případě tva gq q a představue kužnc se středem v počátku a poloměem c R (Uvědomte s že levou stanu vztahu lze ntepetovat ako duhou skalání mocnnu c polohového vektou bodu křvky Po h popsue ovnce ( středově souměnou kuželosečku s edním asymptotckým směem Je to dvoce přímek středově souměných podle počátku V asymptotckém směu e nomálová křvost nulová ve směu na ně kolmém e mnmální Bod X s touto vlastností se nazývá paabolcký bod Je-l h < e dskmnant D kladný a Dupnova kvadatx má dva asymptotcké směy kteé odpovídaí nulové nomálové křvost Kvadatx e dvocí hypebol se společným asymptotam a hlavním směy V hlavních směech má nomálová křvost lokální mnma Bod X se nazývá hypebolcký bod - 8 -