最新微分几何(第三版)梅向明黄敬之编[1]

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微分几何梅向明黄敬之编第二章课后题答案

微分几何梅向明黄敬之编第二章课后题答案

第二章曲面论§ 1曲面的概念1.求正螺面7 ={ u cosv ,u sinv, bv }的坐标曲线.解 u-曲线为 r={u cosv o ,u sin v o ,bv o }= {0,0 , bv °} + u { cosv o , sin v °,0},为曲线的直母线;v- 曲线为?={u o cosv , U o sinv,bv }为圆柱螺线.2 .证明双曲抛物面r ={ a (u+v ) , b (u-v ) ,2uv }的坐标曲线就是它的直母线。

证 u-曲线为 r={ a (u+v o ) , b (u- v o ) ,2u v o }={ a v °, b v °,0}+ u{a,b,2 v o }表示过点{ a v °, b v °,0} 以{a,b,2 v o }为方向向量的直线;v-曲线为 r = {a ( u o +v ) , b ( u o -v ) ,2 u o v } = {a u °, bu o ,0 } +v{a,-b,2 u o }表示过点(a u o , bu o ,0)以{a,-b,2 u o }为方向向量的直线3. 求球面r={acos ;:sin , a cos' sin :, asi n ;:}上任意点的切平面和法线方程。

解 r 、={—asin 、:cos ;—asin ;sin 「,acos :} , r .:={—acos ; sin :, acos L cos ,0}即 xcos : cos + ycos : sin + zsin 二-a = 0 x - a cos 、: cos : _ y - a cos :: sin : _ z - a sin 二 cos 、: cos : cos 、: sin ' sin 二2 24 .求椭圆柱面 务•岭=1在任意点的切平面方程,并证明沿每一条直母线,此曲面只有一个切平面a bx 「a cos 、: cos ‘ 任意点的切平面方程为 -a sincos :-a cos 二 sin :y -a cos ;: sin ‘ -asin 二 sin : z - a s in 9 a cos^ = 0法线方程为§2曲面的第一基本形式1. 求双曲抛物面r ={ a (u+v ) , b (u-v ) ,2uv }的第一基本形式 解 r u ={a,b,2v}, g 二{a,-b,2u}, E =打=a 2 b 2 4v 2,F = r u r v = a 2- b 24uv, G = r v 2二 a 2b 24u 2,1 = (a 2b 24v 2)du 22(a 2-b 24uv)dudv (a 2b 24u 2)dv 2。

微分几何

微分几何
第一章向量函数4学时
第二章曲线的概念4学时
第三章空间曲线12学时
第四章曲面的概念4学时
第五章曲面的第一基本形式8学时
第六章曲面的第二基本形式12学时
第七章直纹面和可展曲面6学时
第八章曲面论的基本定理8学时
第九章曲面上的测地线10学时
第十章常高斯曲率的曲面4学时
如果总课时数少于70,可以只讲授第一至第八章。
第八节高斯曲率的几何意义
教学要求
领会:理解曲面第二基本形式,曲面上曲线的曲率、曲面的渐进(线)方向、共扼方向、主方向和曲率线,主曲率、Gauss曲率和平均曲率等的意义。
掌握:曲面的第二基本形式,曲面上曲线的曲率、曲面的渐进(线)方向、共扼方向、主方向和曲率线,主曲率、Gauss曲率和平均曲率,曲面的局部结构等基本概念及它们的相关运算。
第一章向量函数4学时第二章曲线的概念4学时第三章空间曲线12学时第四章曲面的概念4学时第五章曲面的第一基本形式8学时第六章曲面的第二基本形式12学时第七章直纹面和可展曲面6学时第八章曲面论的基本定理8学时第九章曲面上的测地线10学时第十章常高斯曲率的曲面4学时如果总课时数少于70可以只讲授第一至第八章
教学目的
引入正则参数曲面,曲面的切平面,切向量,法线,单位法向量等概念,为进一步学习曲面论作好铺垫。
主要内容
第一节简单曲面及其参数表示
第二节光滑曲面曲面的切平面和法线
第三节曲面上的曲线族和曲线网
教学要求
掌握:简单曲面的参数表示;简单曲面及其上面曲线族(网)的特征;曲面的法线、切面的求法。
第五章曲面的第一基本形式
第二节空间曲线的基本三棱形
第三节空间曲线的曲率、挠率和伏雷内(Frenet)公式
第四节空间曲线在一点邻近的结构

微分几何(版)【梅向明黄敬之编】课后题答案[]

微分几何(版)【梅向明黄敬之编】课后题答案[]

§4.直纹面和可展曲面1. 证明曲面r =}32,2,31{2432v u u uv u v u +++是可展曲面.证法一: 已知曲面方程可改写为r =},2,{432u u u +v }32,,31{2u u ,令()a u r =},2,{432u u u ,()b u r =}32,,31{2u u ,则r =()a u r + v ()b u r ,且()b u r ≠0,这是直纹面的方程 ,它满足(',,')a b b r r r =23226412334013u u u u u u =0 ,所以所给曲面为可展曲面. 证法二:证明曲面的高斯曲率为零.(略)2.证明曲面r={cosv-(u+v)sinv, sinv+(u+v)cosv,u+2v}是可展曲面.证法一: 曲面的方程可改写为 r =()a v r + u ()b v r ,其中()a v r={cosv-vsinv, sinv+vcosv, 2v},()b v r ={-sinv, cosv,1} ,易见()b v r≠0,所以曲面为直纹面,又因为(',,')a b b r rr =2sin cos 2cos sin 2sin cos 1cos sin 0v v v v v v v v v v ------=0,所以所给曲面为可展曲面. 证法二:证明曲面的高斯曲率为零.(略)3.证明正螺面r={vcosu,vsinu,au+b}(a ≠0)不是可展曲面.证法一:原曲面的方程可改写为 r =()a u r + v ()b u r ,其中()a u r={0,0,au+b},()b u r ={cosu,sinu,0}.易见()b u r ≠0, 所以曲面为直纹面, 又因为(',,')a b b r r r=00cos sin 0sin cos 0au u u u -=a ≠0.故正螺面不是可展曲面.证法二:证明曲面的高斯曲率为零.(略)4.证明挠曲线的主法线曲面与副法线曲面不是可展曲面.证 挠曲线(C ):()a a s =r r 的主法线曲面为 1():()()s r a s v s β=+r r r,因为(,,)a ββr r r &&=(,,)0αβκατγτ-+=≠r r r r ,故1():()()s r a s v s β=+r r r 不是可展曲面.挠曲线(C ):()a a s =r r 的副法线曲面为 2():()()S r a s v s γ=+r r r ,因为(,,)a γγ=r r r &&(,,)0αγτβτ-=≠r r r ,故2():()()S r a s v s γ=+r r r不是可展曲面.5.求平面族{}απ:xcos α+ysin α-zsin α-1=0 的包络.解 cos sin cos 0sin cos cos 0F x y z F x y z ααααααα=+-=⎧⎨=-+-=⎩,即c o s ()s i n 1s i n()c o s 0x y z x y z αααα+-=⎧⎨-+-=⎩ ,将此两式平方后相加得 22()1x y z +-= .这就是所求的包络面.6.求平面族2222a x ay z a +=的包络.解 从222202220a F a x ay z a F ax y ⎧=++-=⎨=+-=⎩中消去参数a ,则得所求的包络面为2(1)20y axz --=.7.证明柱面、锥面、任意曲线的切线曲面是可展曲面.证 柱面1()S 的方程可写为 r =()a u r + v 0b r ,(0b r ≠0 为常向量)因为(',,')a b b r r r =0(',,0)0a b =rr .故1()S 是可展曲面.锥面2()S 的方程可写为 r =0a r + v ()b u r (0a r 为常向量),因为(',,')a b b r r r =(0,,')b b r r =0,故2()S 是可展曲面. 曲线(C ):()a a s =r r 的切线曲面为 3():()()S r a s v s α=+r r r .因为(',,')a b b r rr =(,,')0ααα=r r r ,故3():()()S r a s v s α=+r r r是可展曲面. 8.证明0uu uv r r ==r r的曲面(S):r=r(u,v)r r 是柱面.证法: 因为uu r 0=r ,所以()u r b v =r r ,又因为0uv r =r ,因此00u r b =≠r rr 为固定向量.从而积分得0(,)()r u v a v ub =+r r r.故曲面(S):r=r(u,v)r r 是柱面. §5 曲面的基本定理1.平面上取极坐标系时,第一基本形式为2222ds d d ρρθ=+,试计算第二类克氏符号kij Γ.解 因为21,0,E F G ρ===,所以1211111120,0,0222E E E EG EρθθΓ==Γ=-=Γ==, 2121222221,,0222G G G GEGρρθρρΓ==Γ=-=-Γ==. 2.证明高斯曲率det()j i K μ=. 证 因为d e t ()d e t ()d e t ()d e t ()j kjkjk ji i ki k i kL g L g L g μ=-∑=-=,而1()()kj kjg g -=,所以1det()det()kjkj g g =,从而22det()det()/det()ji ik kj LN ML g EG F μ-==-, 故det()j i K μ=.3.证明平均曲率12121()2H μμ=-+. 证 因为121211211222121211122122()k k k k kkL g L g L g L g L g L g μμ+=-∑-∑=-+++=-22221121111122122()(2)/()g g g gL L L L LG MF NE EG F g g g g--+=--+-=2H -, 所以12121()2H μμ=-+. 5.对于3R 中的空间曲面来说,()ll l ijk j jk k ij R K g g δδ=--其中K 是曲面的高斯曲率.证 因为121211221221,,R Kg g g g g g =-=-所以121211221221()R K g g g g =--,又1212211212212121,0(mijk R R R R R m i =-=-===或j=k),从而()mijk mj ik mk ij R K g g g g =--上式两边分别与ml g 相乘并关于m 从1到2求和,则得[()()ml ml ml mijkmj ik mk ij g R K g g g g g g =--=()l l j ik k ij K g g δδ--,而,ml l mijk ijk g R R =故得()ll l ijk j jk k ij R K g g δδ=--.注 在解题过程中省略了求和号∑. 6.证明以下公式: ⑴ 22122212221112111211221211121[()()()]v u K E=Γ-Γ+ΓΓ+ΓΓ-ΓΓ-Γ;⑵ 221112[))]K v u ∂∂=-∂∂;⑶ 112212[))]K u v ∂∂=-∂∂;⑷对于曲面上的等温坐标网有222()ds du dv λ=+,求证21[(ln )(ln )]uu vv K λλλ=-+;⑸ 对于曲面上的半测地坐标网有222ds du Gdv =+,求证K =证 ⑴ 高斯公式mijk ij mk ik mj R L L L L =-的两边分别与mk g 相乘并关于m 从1到2求和,再注意到l mk i j k mi j k R g R =及lijk R 的定义,可得()()l l ijp l p lmk ik ij pk ik pj ij mk ik mj kj p mg L L L L u u ∂Γ∂Γ-+∑ΓΓ-ΓΓ=∑-∂∂,今取i=1,j=1,k=2,l=2, 则有2212221222111211121122121112()()()v u Γ-Γ+ΓΓ+ΓΓ-ΓΓ-Γ=2112121()m m m mg L L L L ∑-=12221112121111221221()()g L L L L g L L L L -+-=22222()()Eg LN M LN M KE EG F-=-=- 故 22122212221112111211221211121[()()()]v u K E=Γ-Γ+ΓΓ+ΓΓ-ΓΓ-Γ. ⑵ 因为1212R K g =,所以2221221112112111212121121211g R g R g R g R R g K gααα=∑=+==-, 又因为222221211121121112()p p p p p Ru v∂Γ∂Γ=-+∑ΓΓ-ΓΓ∂∂,所以22122212221112111112112212111221g K v u ∂Γ∂Γ=-+ΓΓ+ΓΓ-ΓΓ-ΓΓ∂∂=222211112112212()v u ∂Γ∂Γ-+ΓΓ+Γ∂∂-221122112121111121112()2()ΓΓ+Γ+ΓΓ-ΓΓ ①而212212Γ+Γ=211211Γ+Γ=② 22221111121112112[11,1]2[12,1]g g u v ∂∂Γ-Γ=Γ-Γ∂∂=2211112112112()2()k k k k k kg g ∑ΓΓ-∑ΓΓ= 12212212121111121112111212121111111212112()2()2()g g g g g Γ+ΓΓ-Γ+ΓΓ=ΓΓ-ΓΓ,即12122211111112121112111112()()g g g u v∂∂ΓΓ-ΓΓ=Γ-Γ∂∂ ③ 于是将②,③代入①可得:.2222221112111111121211111()g g g K v u g u v ∂Γ∂Γ∂∂=-+ΓΓ+Γ-Γ∂∂∂∂221112K ∴=ΓΓ221211221112[))]v u ΓΓ∂∂=-∂∂因此命题得证.⑶ 因为1212R K g =,所以2111222122121212121222g R g R g R R g K gααα=∑===-, 又因为111112122212212221()p p p p p Rv u∂Γ∂Γ=-+∑ΓΓ-ΓΓ∂∂,所以11112121121222212222111221222121222212()()2()g K u v∂Γ∂Γ=-+ΓΓ+Γ-ΓΓ+Γ+ΓΓ-ΓΓ∂∂ ①而212221Γ+Γ=211211Γ+Γ=② 1121212222212222222121222()g g g v u∂∂Γ-Γ=ΓΓ-ΓΓ∂∂ 即12121122222122221221222212()()g g g v u∂∂ΓΓ-ΓΓ=Γ-Γ∂∂ ③ 于是将②,③代入①并整理得:112212[))]Ku v∂∂=-∂∂⑷因为E=G=2λ,F=0,所以2211][()()][(ln)(ln)]u vu v u v uu vvKλλλλλλλλ=+=-+=-+因此命题得证.⑸因为E=1, F=0, G=G(u,v),所以]0]u v uuK=+=+=因此命题得证.7.如果曲面的第一基本形式为222222()du dvdsu v c+=++,计算克氏符号kijΓ.解因为2221,0()E G Fu v c===++,所以111222,2uE uE u v c-Γ==++212111212222222222,,222v v uE E Gv v uG u v c E u v c G u v c--Γ=-=Γ==Γ==++++++,1222222uG uE u v cΓ=-=++,2222222vG vG u v c-Γ==++.8.求证第一基本形式为222222()du dvdsu v c+=++的曲面有常高斯曲率 .证因为2221,0()E G Fu v c===++,所以]u vK=+=-()22222222222222()2()[]()()v c u u c vu v cu v c u v c-+--+-+++++++=4c故所给曲面有常高斯曲率 .9.求以E=1,F=0,G=1,L=-1,M=0,N=0为第一、第二类基本量的曲面.解由已知条件和kijΓ的定义易知kijΓ=0,所以所求曲面的基本方程是,0,0,0,uu uv vvu u vr n r rn r n=-==⎧⎨==⎩,从第一式和第四式可得0uuu ur r+=,所以()cos()sin()r a v u b v u c v=++,再由第二式得'sin'cos0a ub u-+=,因此,a b是常向量,于是从第三式得(,c dv ed e=+为常向量),从而所求的方程为cos sinr a u b u dv e=+++,而sin cos,u vr a u b u r d=-+=,所以2222sin cos2sin cos1u ur r a u b u ab u u=+-=,因此221,0,a b ab===又sin cos0u vr r ab u bd u=-+=,所以0,ad bd==再注意到1v vr r dd==,于是,,,a b d可以分别作为x,y,z轴上的单位向量,故所求曲面可表示为{cos,sin,}r u u v e=+,因此所求曲面是半径为1的圆柱面.10.证明不存在曲面,使E=G=1,F=0,L=1,M=0,N=-1.证 若存在曲面满足题设条件,则所给E,F,G,L,M,N 必须满足在正交坐标网下的G —C —M 公式,但2]01u v LN M EG -+=≠=-,所以不满足高斯公式,故不存在满足题设条件的曲面.§6 曲面上的测底线1.求正交网的坐标曲线的测地曲率. 解 因为坐标网是正交的,所以F=0,故g d k ds θθθ=, 而对u-曲线来说,θ=0,故gu k = 对v-曲线来说,θ=222n gκκκ=+2π ,所以gv k =2.证明球面r ={acosucosv,acosusinv,asinu}上曲线的测地曲率sin ,n d udvds dsθκ=- 其中θ表示曲线与经线的交角.证 易求出E=2a , F=0,G=2a 2cos u ,因此g d k ds θθθ==221ln(cos )sin 2d a u ds a u θθ∂+∂=sin sin cos d u ds a u θθ-,而1cos dv sin ds a u θθ==,故 sin g d dv k u ds ds θ=-. 3.求位于半径为R 的球面上半径为a 的圆的测地曲率.解法一:因为sin ,(,)n n κκθθβ=±=∠,而1,sin a R κθ==,所以n κ=. 解法二:半径为a 的圆的曲率为1a κ=,圆上每一点处的法曲率1n Rκ=±,由222n g κκκ=+知,2222222g n R a R a κκκ-=-= ,所以g κ= .解法三:任何球面上的圆都可以通过建立适当的曲纹坐标网使其成为纬圆,过不妨求半径为a 的纬圆的测地曲率.由1题知所求即为v-线的测地曲率:gv k =Γ因为所考虑纬圆的半径为a,所以cos ,sin R u a u ==所以v g Raκ=-4.求位于正螺面r={ucosv,usin,av}上的圆柱螺线00():{cos ,sin ,}C r u v u v av =(0u =常数)的测地曲率.解 易计算出E=1,F=0,G=22a u +,而(C )是一条v-曲线:u=0u ,于是由22221ln()2gv a u uu a u κ∂+===∂+,可知(C )的测地曲率为0220gv u a u κ=+. 5.设曲面(S)上曲率线(C),(C)上的点不是抛物点.证明(C)在点P 的测地曲率的绝对值等于在(S)的球面映射下(C)的象在对应点的测地曲率与(C)在点P 的法曲率之积的绝对值.分析 本题是一个综合应用题,可利用球面像和测地曲率及曲率线等概念,罗德里格定理,默尼埃定理证之.证 设所给曲面(S)上曲率线(C)的方程为r =)(s r,它的球面像()C 的方程为()r n s =,注意到曲率线的定义及罗德里格定理,则有n n dn dn ds dr ds ds ds ds ds ds ds dsακκα===-=-,其中s 是()C 的弧长,即(1)n ds ds αεαεκ==±=-,所以1nds ds αεαακ==- ,又因为(C)的点都不是(S)抛物点,即K ≠0,所以||Kn n K =,(n 为(S)的球面像(S )的单位法向量),从而有测地曲率的定义可得11()()g g n n k n n αααακκκ=⨯=±⨯=±,即||||gg nκκκ= ,即||||g g n κκκ= .6.若曲面(S)(,)r r u v =上曲线(C):u = u(t),v = v(t),t 为曲线(C)上的任意参数,试导出测地曲率g k 的计算公式.解 由于(,,)g r r n κκβε== ,而222',''()ds ds d sr r r r r dt dt dt ==+ ,所以()22332','',[(())](,,)()|'|g ds ds d s dsr r n r r r n r r n r dt dt dt dtκ=⨯+==,所以3(','',)/|'|g r r n r κ=, 又'i i i du r r dt =∑, 22,''i j iij i i j i du du d u r r r dt dt dt=∑+∑ = 22,,,i j i j kkijk ij k i j k i j k du du du du d u r Ln r dt dt dt dtdt ∑Γ+∑+∑ , 从而(','',)(''')r r n r r n =⨯= [1222222122,,()(i j i jij ij i j i j du d u du du du d u du du dt dt dt dt dt dt dt dt +∑Γ-+∑Γ|'|ij du r g =,由此得到:1222222122,,2[()()]()i j i jg ij ij i j i j ij du d u du du du d u du du dt dtdt dt dt dt dt dt g dt dtκ=+∑Γ-+∑Γ. 7.求证旋转曲面的子午线是测地线,而平行圆仅当子午线的切线平行于旋转轴时才是测地线 . 证 设旋转曲面为(S),{()cos ,()sin ,()}(()0)r t t t t ϕθϕθψϕ=,则易计算出E='2'22,0,F G ϕψϕ+==,于是子午线(t —曲线)的测地曲率为'2'21ln()02gt k ϕψϕθ∂+==-=∂,故子午线是测地线.又平行圆(θ-曲线)的测地曲率为2g k θ=== .所以0g k θ=的充要条件是'()0t ϕ= ,即{'()cos ,'()sin ,'()}{0,0,'()}t r t t t t ϕθϕθψψ== 故平行圆仅当子午线的切线平行于旋转轴时才是测地线 . 8.求证 ⑴ 如果测地线同时为渐近线,则它是直线;⑵如果测地线同时为曲率线,则它是一平面曲线.证 ⑴因为所给曲线是测地线,所以0g k =; 又因为所给曲线是渐近线,所以0n k =,而222n gk k k =+ ,所以k=0,故所给曲线是直线. ⑵ 方法一:因所给曲线既是测地线又为曲率线,所以沿此曲线有n ‖β,n ‖α,而γαβ=⨯,所以,n γα=±⨯从而()(0)0n n k n γααβ=±⨯+⨯=±-⨯+=,又γτβ=-,所以0τ=,故所给曲线是平面曲线.方法二:因所给曲线是测地线,所以沿此曲线有n ‖β,所以β‖dn ,又因曲线是曲率线,所以dn ‖dr ‖α ,所以()κατγ-+‖α ,所以0τ=,故所给曲线是平面曲线.方法三:因所给曲线是测地线,所以该曲线的主法线重合于曲面的法线;因为是曲率线,所以沿此曲线曲面的法线曲面是可展曲面.从而该曲线的主法线曲面是可展曲面,而挠曲线的主法线曲面不是可展曲面,因此该曲线一定是平面曲线.方法四:设Γ是测地线,所以Γ的主法向量β‖n (曲面的单位法向量),所以Γ的副法向量γ⊥n ;即曲线Γ在每点处的副法向量与曲面在该点的法向量成定角,因Γ是曲率线,所以由P 114习题14知,曲线Γ是平面曲线.9.已知曲面的第一基本形式22()v du dv I =+,证明它上面的测地线是uv 平面上的抛物线. 证 因为E=G=v,F=0,所以测地线的微分方程化为1,2d dv tg du v du θθ== ,于是2dv tg d vθθ= ,积分后得12cos v h θ=(常数),由此得tg θ= .将此式代入第二式得du = ,积分后得002(u u u =±=常数),即2220()4()u u h v h -=- .故测地线在uv 平面上的表示为抛物线.10.求正螺面r={ucosv,usin,av}上的测地线.解 易计算出E=1,F=0,G=22a u +,所以测地线的微分方程化为22,d u dv tg du a u du θθθ=-=+,对第一式积分得sin h =(常 数).于是tg θ=,将此式代入第二式并积分,则得所求测地线为v h = .11.利用刘维尔公式证明:⑴平面上的测地线为直线;⑵圆柱面上的测地线为 圆柱螺线.证 ⑴方法一:由于曲面的第一基本形式可写为22du dv I =+,所以由利乌维 公式可知,平面上的测地线的微分方程为0,0,d d dv tg du dv duθθθ===,于是有θ=常数,v utg c θ=+,故测地线为直线.方法二:取平面直角坐标系xoy , 平面方程为{,,0}r x y =,可得1,0,1E F G ===,所以 22dx dy I =+.由刘维尔公式,对平面上的测地线有:g d d ds ds θθκθθ== = 0 所以测地线的(相对曲率)r d k dsθ== 0 ,所以测地线是直线. 方法三: 如方法二得0d dsθ=,所以0θθ=是常数,所以 0000cos ,cos ,sin ,sin dx dy x s y s ds dsθθθθ==== 即测地线方程是0v u K ⎧⎫⎪=+=⎬⎪⎭00cos sin x s y s θθ=⎧⎨=⎩ ,所以测地线是直线. ⑵ 证法一:设圆柱面为{cos ,sin ,}r a u a u v =,则易计算2,0,1E a F G ===.所以测地线的微分方程为g d d ds ds θθκθθ== = 0,,du dv ds ds θθ== ,所以θ=常数,0,0,d d dv atg du dv duθθθ===,()v atg u c θ=+,即圆柱面上的测地线为{cos ,sin ,}.r a u a u bu c =+.其中b atg θ=,这正是圆柱面上的圆柱螺线.因此得证.证法二:设圆柱面为{cos ,sin ,}r a u a u v =,则易计算2,0,1E a F G ===.所以测地线的微分方程为,gd dds dsdu dvds dsθθκθθθθ⎧===⎪⎪⎨⎪==⎪⎩所以0001cos,sindu dvds a dsθθθθ===是常数,,0102cos,sinu S C v s Caθθ=+=+ .所以测地线为:001102cos cos{cos(),sin(),sin}r a s C a s C s Ca aθθθ=+++(C1,C2为常数).因为0{s i n}rθ'=…,…,与z周成定角,所以测地线为圆柱螺线:θ=时为112{cos(),sin(),}s sr a C a C Ca a=++是纬圆;02πθ=时为112{cos,sin,}r a C a C s C=+是直母线.12.证明:若曲面上非直线的所有测地线均为平面曲线,则它必为曲率线.证法一:因为所给曲面曲线是非直线的测地线,所以沿此曲线有nβ=±,从而()nκατγ=±-+,又因为曲线是平面曲线,所以0τ=,从而nκα=±.因此由罗德里格定理可知曲线的切线方向为主方向,故所给曲线为曲率线.证法二:设曲面上非直线的曲线Γ为测地线且为平面曲线.因为Γ为测地线,所以它的主法线是曲面的法线,又因Γ为平面曲线,所以Γ的主法线曲面是可展曲面,于是曲面沿Γ的法线组成曲面是可展曲面,所以Γ为曲率线.13.如果曲面上引进半测地坐标网,222(,)ds du G u v dv=+.求证:1[gds d tgκ-= .证明因为E=1,F=0,G=(,)G u v,所以根据Liouville公式有sin2ugGd dds ds Gθθκθθθ==+,而dvdsθ=,dvduθθ==,从而1[gdtgdsκ-=+故得1[gds d tgκ-= .14.给出曲面的第一基本形式为222(,)ds du G u v dv=+,如果此曲面上的测地线与u-曲线交于角α时,求证ddvα=证因为E=1,F=0,G=(,)G u v,所以与u-曲线交于角α的测地线应满足微分方程组sin2cosuGdds Gdudsdvdsααααααα⎧==-⎪⎪⎪==⎨⎪⎪=⎪⎩于是有ddvα=,故有ddv uα=-∂.15.证明:若曲面上两族测地线交于定角,则曲面是可展曲面.证法一:取一族测地线为u-曲线,与其正交的测地平行线为v-曲线,在曲面上建半测地坐标网,则曲面的第一基本形式可写为222(,)ds du G u v dv=+,由于两族测地线交于定角(设为ϑ),所以对另一族测地线来说应有0sin02uGdds Gθθθ==-=,所以0Gu∂=∂,这说明G仅与v有关,于是曲面的第一基本形式可写为222()ds du G v dv=+,作参数变换,u u v==,则曲面的第一基本形式化为22du dvI=+,这与平面的第一基本形式一致.因此所给曲面与平面是等距的,故为可展曲面.证法二:同上得到曲面的第一基本形式为222()ds du G v dv=+,所以曲面的高斯曲率v uK⎧⎫⎪=+=⎬⎪⎭,所以曲面为可展曲面.证法三:同17题利用高斯--泼涅公式证明曲面的高斯曲率处处为零,从而曲面为可展曲面.16.求半径为R的球面上测地三角形三内角之和.解任给半径为R的球面上的一个测地三角形∆,设其边缘为G∂,所围成的区域为G,则有高斯--泼涅公式可知31()2iiGKdσπαπ=+-=∑⎰⎰,其中iα(i=1,2,3)是∆的三个内角,而曲面的高斯曲率K=21R,所以3211()2iiGdRσπαπ=+-=∑⎰⎰,故得3211iiSRαπ∆==+∑,其中s∆是测地三角形∆的面积.17.利用高斯--泼涅公式证明若曲面(S)上存在两族交于定角的测地线,则它的高斯曲率处处为零.证不妨选取题设中的两族交于定角(设为α)的测地线为坐标曲线.若(S)在一点P处的高斯曲率K(P)≠0,不妨设K(P)> 0,则由K的连续性可知,存在点P的一个充分小的邻域G使得K(P)>0(P∈G).不妨设G是由两条u-曲线和两条v-曲线所围成,则由高斯--泼涅公式可知()()2GKdσπααπααπ+-++-+=⎰⎰,从而可知0GKdσ=⎰⎰,这与K(P)>0,从而上式左边大于零矛盾,因此命题得证.注:如果不对证题方法有特殊要求,则用15题中的证明方法也可.18.若曲面(S)的高斯曲率处处小于零,则曲面(S)上不存在围成单连通区域的光滑闭测地线.证 若不然,则(S)上存在围成单连通区域G 的光滑闭测地线(C ),于是由高斯--泼涅公式可得2G Kd σπ=⎰⎰.因为K<0,所以0GKd σ⎰⎰,这与上式右边的20π相矛盾,因此命题得证.19.设,a b 是沿曲面上曲线(C )的向量场,f 是定义在(C )上的数量函数,证明下列绝对微分的运算性质:⑴ ()D a b Da Db +=+; ⑵ ()()D fa df a fDa =+;⑶ ()()d ab Da b aDb =+ .证⑴ ()()[()][()][()]D a b d a b nd a b n da nda n db ndb n Da Db +=+-+=-+-=+⑵ ()()[()]()[()]D fa d fa nd fa n df a fda n df a fda n =-=+-+()[()]()df a f da nda n df a fDa =+-=+⑶ ()()[(()][()]d ab da b adb Da nda n b a Db ndb n =+=+++=()Da b aDb + .20. 设(),()a s b s 是曲面上曲线():()C r r s =的两个平行向量场,证明ab =常数,并由此证明当曲面上一点处二向量沿曲面上曲线作勒维—其维塔平行移动时,他们的长度和夹角不变.证 ⑴ 因为()()d ab Da b aDb =+,且(),()as bs 是沿():()C r r s =的两个平行向量场,即0,0Da Db ==,所以()0,d ab =故ab =常数.⑵ (),()a s b s 是沿():()C r r s =的两个平行向量场,所以由⑴可知2a aa ==常数,2b bb ==常数,ab =常数.故||a =常数,||b =常数,cos (,)||||ab a b a b ∠==常数,因此命题得证.。

最新微分几何(第三版)梅向明黄敬之编第三章课后题答案[1]

最新微分几何(第三版)梅向明黄敬之编第三章课后题答案[1]

微分几何(第三版)梅向明黄敬之编第三章课后题答案[1]§4.直纹面和可展曲面1. 证明曲面«Skip Record If...»=«Skip Record If...»是可展曲面.证法一:已知曲面方程可改写为«Skip Record If...»=«Skip Record If...»+v«Skip Record If...»,令«Skip Record If...»=«Skip Record If...»,«Skip Record If...»=«Skip Record If...»,则«Skip Record If...»=«Skip Record If...»+ v«Skip Record If...»,且«Skip Record If...»«Skip Record If...»0,这是直纹面的方程,它满足«Skip Record If...»=«Skip Record If...»=0 ,所以所给曲面为可展曲面。

证法二:证明曲面的高斯曲率为零。

(略)2。

证明曲面«Skip Record If...»={cosv-(u+v)sinv, sinv+(u+v)cosv,u+2v}是可展曲面。

证法一:曲面的方程可改写为«Skip Record If...»=«Skip Record If...»+ u«Skip Record If...»,其中«Skip Record If...»={cosv-vsinv, sinv+vcosv, 2v},«Skip Record If...»={-sinv, cosv,1} ,易见«Skip Record If...»«Skip Record If...»0,所以曲面为直纹面,又因为«Skip Record If...»=«Skip Record If...»=0,所以所给曲面为可展曲面。

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西安电子科技大学出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=691&fromuid=9微型计算机接口技术及应用【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=375&fromuid=9常微分方程 (王高雄)第三版高等教育出版社课后答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=2563&fromuid=9编译原理第三版 (陈火旺著) 国防工业出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=1476&fromuid=9《常微分方程》(王高雄版)习题答案/bbs/viewthread.php?tid=489&fromuid=9大学计算机基础教程答案/bbs/viewthread.php?tid=379&fromuid=980x86 汇编语言程序设计 (沈明美温冬禅著) 清华大学出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=523&fromuid=9IBM-PC 汇编语言程序设计课后习题答案 (美明温冬婵著) 清华大学出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=370&fromuid=9数学分析 (华东师范大学数学系著) 高等教育出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=238&fromuid=9李春葆:数据结构习题与解析-C 语言版/bbs/viewthread.php?tid=1005&fromuid=9visual basic 示例程序、实验答案下载/bbs/viewthread.php?tid=508&fromuid=9汇编语言 (王爽著) 课后答案清华版《编译原理》课后答案/bbs/viewthread.php?tid=228&fromuid=9离散数学(高等教育出版社)耿素云屈婉玲【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=1224&fromuid=9离散数学及其应用 (傅彦顾小丰著) 电子工业出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=233&fromuid=9《计算机网络》机械工业出版社(James F.Kurose, Keith W.Ross)答案【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=730&fromuid=9计算机网络(第5 版)课后习题答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=2981&fromuid=9常微分方程课后习题答案(华东师范版)/bbs/viewthread.php?tid=172&fromuid=9《Visual FoxPro 程序设计教程》课后习题答案(刘卫国主编)/bbs/viewthread.php?tid=232&fromuid=9有关《计算机组成原理》相关课后答案发布/bbs/viewthread.php?tid=3565&fromuid=9《计算机组成原理》课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=505&fromuid=9C 程序设计第三版 (谭浩强著) 清华大学出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=3690&fromuid=9离散数学教程 (耿素云屈婉玲王捍贫著) 北京大学出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=36&fromuid=9数据库系统概念答案【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=759&fromuid=9数据库系统概论答案清华版【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=337&fromuid=9所有有关《操作系统》的答案发布和一些版本的答案求助【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=3320&fromuid=9/bbs/viewthread.php?tid=2653&fromuid=9数据库系统概论(第四版)王珊、萨师煊【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=2291&fromuid=9数学分析答案复旦陈纪修【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=328&fromuid=9《数据库系统概论》课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=219&fromuid=9数据库系统概论-第四版-高教版-王珊-封面看内图【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=2344&fromuid=9计算机组成原理课后答案(白中英版)/bbs/viewthread.php?tid=173&fromuid=9所有《数据结构》版本课后答案发布/bbs/viewthread.php?tid=4310&fromuid=9《数值分析》(第4版)李庆扬编清华大学出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=3596&fromuid=9《数学分析》(第三版)华东师范大学高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=7192&fromuid=9数学分析复旦大学陈传章/bbs/viewthread.php?tid=448&fromuid=9近世代数基础 (张禾瑞著) 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实用教程》(第三版)清华(耿祥义张跃平)版课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=6922&fromuid=9中文原版《编译原理》课后答案机械工业出版社李建中编/bbs/viewthread.php?tid=1847&fromuid=9计算机组成原理(教师用书)附带答案蒋本珊清华大学出版社【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=9254&fromuid=9《积分变换》张元林第四版东南大学答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=5074&fromuid=9《马克思主义基本原理概论》课后答案(很全哦)(2008 年修订版)【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=6053&fromuid=9<计算机操作系统教程>清华大学第二版/第三版张尧学课后习题答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=9091&fromuid=9<计算机网络教程> 谢希仁第二版人民邮电出版社课后答案【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=4862&fromuid=9/bbs/viewthread.php?tid=7785&fromuid=9vfp 数据库课后题答案/bbs/viewthread.php?tid=231&fromuid=9单片机基础第3 版李广第朱月秀冷祖祁编著北京航空航天大学出版社【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=4271&fromuid=9电工学第六版 (秦曾煌著) 高等教育出版社课后答案【khdaw_ricardo】/bbs/viewthread.php?tid=11241&fromuid=9《数据通信与计算机网络》高传善(第二版)高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=6610&fromuid=9《计算机组成原理》唐朔飞第4,5 章课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=1144&fromuid=9软件工程导论第五版 (张海藩著) 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浙江科学技术出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=14395&fromuid=9计算机网络第四版【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=1084&fromuid=9数据结构课后答案(高等教育出版社唐策善版))【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=5994&fromuid=9微型计算机技术及应用答案/bbs/viewthread.php?tid=6013&fromuid=9实变函数论第三版(江泽坚吴智泉纪友清著) 高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=11505&fromuid=9《微积分》人教版课后课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=5190&fromuid=9严蔚敏《数据结构(c 语言版)习题集》答案/bbs/viewthread.php?tid=6170&fromuid=9微型计算机原理与接口技术 (邹逢兴著) 清华大学出版社课后答案【khdaw_cola】数据结构习题答案+耿国华主编【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=7218&fromuid=9《数据库系统概论》王珊萨师煊(第四版)课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=6054&fromuid=9计算机组成与结构第四版 (王爱英著) 清华大学出版社课后答案【khdaw_ricardo】/bbs/viewthread.php?tid=11208&fromuid=9《数据结构习题集》答案严蔚敏【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=6552&fromuid=9概率论与数理统计 (同济大学应用数学系著) 高等教育出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=9101&fromuid=9立体几何大题30 题(有详细答案)[整理]人教版/bbs/viewthread.php?tid=333&fromuid=9计算机答案合集(组成原理,操作系统...)/bbs/viewthread.php?tid=5204&fromuid=9《应用概率统计》(张国权)版科学出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=7334&fromuid=9《C 程序设计》谭浩强编习题答案【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=7836&fromuid=9数据结构(C 语言版)习题答案/bbs/viewthread.php?tid=5200&fromuid=9编译原理 (陈火旺著) 国防工业出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=2978&fromuid=9微机原理与接口技术第三章 (郭兰英赵祥模著) 清华出版社课后答案_khdaw/bbs/viewthread.php?tid=7347&fromuid=9计算机网络第二版) (冯博琴陈文革著) 高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=5989&fromuid=9《数据结构》清华大学答案+例程+ppt 课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=9713&fromuid=9软件工程第二版 (张海藩著) 人民邮电出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=10940&fromuid=9计算机专业英语课后答案【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=7258&fromuid=9数值计算课后答案曾喆昭文卉编著【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=2538&fromuid=9计算机组成与结构(第4 版)习题解答(上)【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=6286&fromuid=9数据结构(c 语言版)习题集答案/bbs/viewthread.php?tid=6096&fromuid=9vb 程序设计(第四版)课后习题答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=2994&fromuid=9汇编语言(清华大学出版社)【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=3421&fromuid=9离散数学答案修订版 (耿素云屈婉玲著) 高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=15917&fromuid=9《编译原理》蒋立源课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=4518&fromuid=9《数字逻辑》(第二版)华中科技大学出版社(欧阳星明)版课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=7332&fromuid=9严蔚敏数据机构实习报告部分答案【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=1036&fromuid=9数值分析部分答案/bbs/viewthread.php?tid=3523&fromuid=9《数字图像处理》(第二版)英文版习题答案(全)【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=5854&fromuid=9C 程序设计(第二版)谭浩强习题解答清华大学出版社课后答案【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=5679&fromuid=9微分几何梅向明第三版黄敬之高等教育出版社课后答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=9287&fromuid=9c++语言基础教程 (吕凤葛著) 清华大学出版社课后答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=14461&fromuid=9求《数值分析》第五版答案/bbs/viewthread.php?tid=6704&fromuid=9微分几何第三章、第四章 (梅向明著) 高等教育出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=4721&fromuid=9《计算机组成原理》白中英(第四版•立体化教材)课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=5281&fromuid=9数值分析/bbs/viewthread.php?tid=4245&fromuid=9c 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Shaffer 电子工业出版社【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=9211&fromuid=9《程序设计基础》练习题及答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=2801&fromuid=9《多媒体技术基础(第2 版)》林福宗清华大学出版社课后参考答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=9299&fromuid=9计算机专业英语(含课文、译文、模拟试题、专业英语习题、答案)【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=9364&fromuid=908 版考研概率复习指南答案/bbs/viewthread.php?tid=509&fromuid=9计算机网络(第4 版) (Andrew S.Tanenbaum 著) 清华大学出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=11361&fromuid=9计算机图形学王汝传 1-4 章人民邮电出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=10000&fromuid=9计算机网络教程(第3 版)习题答案【khdaw_cola】/bbs/viewthread.php?tid=7777&fromuid=9c++语言程序设计(实验部分)第 3 版(郑莉著) 清华大学出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=15124&fromuid=9数字信号处理学习指导与题解 (丁美玉高西全王军宁著) 电子工业出版社课后答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=15168&fromuid=9计算机网络第五版 (谢希仁著) 电子工业出版社课后答案/bbs/viewthread.php?tid=16108&fromuid=9数学物理方程与特殊函数第三版完整 (东南大学数学系王元明著) 高等教育出版社课后答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=17311&fromuid=9《操作系统概念》英文版高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=3491&fromuid=9计算机网络第二版蔡开裕朱培栋徐明(国防科技大学版)【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=9239&fromuid=9《C++语言程序设计教程》吕凤翥人民邮电出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=8119&fromuid=9电工学第七版下册 (秦曾黄著) 高等教育出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=19778&fromuid=9vfp 表修复工具/bbs/viewthread.php?tid=73&fromuid=9C++语言基础教程吕凤翥人民邮电出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=10016&fromuid=9数据库及其应用教材课后习题答案_【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=9530&fromuid=9Turbo C 错误信息表/bbs/viewthread.php?tid=70&fromuid=9《微机原理及汇编技术》课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=5684&fromuid=9复变函数答案第四版 (余家荣著) 高等教育出版社课后答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=17004&fromuid=9Java 程序设计(第二版) (朱喜福著) 人民邮电出版社课后答案【khdaw_lxywyl】/bbs/viewthread.php?tid=10576&fromuid=9计算机专业英语教程译文(第 4 版) (金志权等主编著) 电子工业出版社课后答案【khdaw】/bbs/viewthread.php?tid=14170&fromuid=9数据结构习题/bbs/viewthread.php?tid=4344&fromuid=9《计算机英语》第2版全书翻译及课后答案_【khdaw_lxywyl】。

数学与统计学院本科生课程建设一览表-东北师范大学数学与统计学院

数学与统计学院本科生课程建设一览表-东北师范大学数学与统计学院
李训经.控制论基础,高等教育出版社, 2003.
索伯列夫空间
蔡守峰、刁怀安、孙佳宁、盛中平
邵勇译.数学软件入门,高等教育出版社, 2003.
编写中
(盛中平)
陶剑
概率统计
(8)
概率论基础(ZG)
高巍、郭建华、刘红、宋海燕、陶剑、杨青山
Mood A. M., Gray F. A., and Boes D. C. Introduction to the Theory of Statistics, McGraw-Hill Book Company, 1974.
张同君.竞赛数学,高等教育出版社, 2007.
教育实习(ZY)
陈亮、刁怀安、韩继伟、李淑文、秦德生、孙佳宁、曾志军
教育见习(ZY)
郭民、韩继伟、李淑文、秦德生、沈广艳、孙佳宁、孙雪楠
裴东河
几何拓扑
(5)
解析几何
陈亮、李宾、裴东河、王勇、沈广艳
1.丘维生.解析几何(第二版),北京大学出版社,1996
2.吕林根.解析几何(第四版),高教出版社,2006
胡果荣、宋海燕、朱文圣
孙山泽.抽样调查,北京大学出版社, 2004.
袁岗华
运筹与控制
偏微分方程(XL)
雷沛东、柳絮、袁岗华、赵宏亮
陈祖墀.偏微分方程(第三版),中国科学技术出版社, 2008.
运筹学(XL)
刁怀安、曾志军
何坚勇.《运筹学基础》,清华大学出版社, 2000年7月.
控制论基础(XL)
高忆先、雷沛东、李亚军、林萍、柳絮、赵宏亮、曾志军
陈维桓.微分流形初步,高等教育出版社, 1998.
数学思想方法(XL)
新编(史宁中)
代数拓扑学
沈广艳、裴东河、王勇

《微分几何》教学大纲

《微分几何》教学大纲

《微分几何》课程教学大纲课程名称:《微分几何》课程编码:074112303适用专业及层次:数学与应用数学(本科)课程总学时:72学时课程总学分:4一、课程的性质、目的与任务等。

1、微分几何简介及性质微分几何是高等院校数学和数学教育各专业主要专业课程之一,是运用微积分的理论研究空间的几何性质的数学分支学科。

古典微分几何研究三维空间中的曲线和曲面,而现代微分几何开始研究更一般的空间----流形。

微分几何与拓扑学等其他数学分支有紧密的联系,对物理学的发展也有重要影响,爱因斯坦的广义相对论就以微分几何中的黎曼几何作为其重要的数学基础。

本课程的前导课程为解析几何、高等代数、数学分析和常微分方程。

2、教学目的:通过本课程的教学,使学生掌握三维欧氏空间中的曲线和曲面的局部微分理论和方法,分析和解决初等微分几何问题,并为进一步学习微分几何的近代内容打下良好的基础。

3、教学内容与任务:本课程主要应用向量分析的方法,研究一般曲线和曲面的局部理论,同时还采用了张量的符号讨论曲面论的基本定理和曲面的内蕴几何内容,并且讨论了属于整体微分几何的高斯崩尼(Gauss-Bonnet)公式。

重点让学生把握理解本教材的前二章。

二、教学内容、讲授大纲与各章的基本要求第一章曲线论教学要点:本章主要研究内容为向量分析,曲线的切线,法平面,曲线的弧长参数表示,空间曲线的基本三棱形,曲率和挠率的概念和计算,曲线论的基本公式和基本定理,从而对空间曲线在一点邻近的形状进行研究,同时对特殊曲线特别是一般螺线和贝特朗曲线进行研究。

通过本章的教学,使学生理解和熟记有关概念,掌握理论体系和思想方法,能够证明和计算有关问题教学时数:22学时。

教学内容:第一节向量函数1.1 向量函数的极限1.2 向量函数的连续性1.3 向量函数的微商1.4 向量函数的泰勒(TayLor)公式1.5 向量函数的积分第二节曲线的概念2.1 曲线的概念2.2 光滑曲线、曲线的正常点2.3 曲线的切线和法面2.4 曲线的弧长、自然参数第三节空间曲线3.1 空间曲线的密切平面3.2 空间曲线的基本三棱形3.3 空间曲线的曲率、挠率和伏雷内(Frenet)公式3.4 空间曲线在一点邻近的结构3.5 空间曲线论的基本定理3.6 一般螺线考核要求:1、理解向量函数的极限、连续性、微商、泰勒(TayLor)公式和积分等概念,能推导和熟记有关公式,并能使用它们熟练地进行运算。

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微分几何(第三版)梅向明黄敬之编[1]第一章曲线论§2 向量函数5. 向量函数«Skip Record If...»具有固定方向的充要条件是«Skip Record If...»× «Skip Record If...»= «Skip Record If...»。

分析:一个向量函数«Skip Record If...»一般可以写成«Skip Record If...»=«Skip RecordIf...»«Skip Record If...»的形式,其中«Skip Record If...»为单位向量函数,«Skip Record If...»为数量函数,那么«Skip Record If...»具有固定方向的充要条件是«Skip Record If...»具有固定方向,即«Skip Record If...»为常向量,(因为«Skip Record If...»的长度固定)。

证对于向量函数«Skip Record If...»,设«Skip Record If...»为其单位向量,则«Skip RecordIf...»=«Skip Record If...»«Skip Record If...»,若«Skip Record If...»具有固定方向,则«Skip Record If...»为常向量,那么«Skip Record If...»=«Skip Record If...»«Skip Record If...»,所以«Skip Record If...»×«Skip Record If...»=«Skip Record If...»«Skip Record If...»(«Skip Record If...»×«Skip Record If...»)=«Skip Record If...»。

反之,若«Skip Record If...»×«Skip Record If...»=«Skip Record If...»,对«Skip Record If...»=«Skip Record If...»«Skip Record If...»求微商得«Skip Record If...»=«Skip Record If...»«Skip RecordIf...»+«Skip Record If...»«Skip Record If...»,于是«Skip Record If...»×«Skip Record If...»=«Skip Record If...»(«Skip Record If...»×«Skip Record If...»)=«Skip Record If...»,则有 «Skip Record If...» = 0 或«Skip Record If...»×«Skip Record If...»=«Skip Record If...»。

当«Skip Record If...»= 0时,«Skip Record If...»=«Skip Record If...»可与任意方向平行;当«Skip Record If...»«Skip Record If...»0时,有«Skip Record If...»×«Skip Record If...»=«Skip Record If...»,而(«Skip Record If...»×«Skip Record If...»«Skip Record If...»=«Skip Record If...»-(«Skip Record If...»·«Skip Record If...»«Skip Record If...»=«Skip Record If...»,(因为«Skip Record If...»具有固定长, «Skip Record If...»·«Skip Record If...»= 0),所以 «Skip Record If...»=«Skip Record If...»,即«Skip Record If...»为常向量。

所以,«Skip Record If...»具有固定方向。

6.向量函数«Skip Record If...»平行于固定平面的充要条件是(«Skip Record If...»«Skip Record If...»«Skip Record If...»)=0 。

分析:向量函数«Skip Record If...»平行于固定平面的充要条件是存在一个定向向量«Skip Record If...»,使«Skip Record If...»·«Skip Record If...» = 0 ,所以我们要寻求这个向量«Skip Record If...»及«Skip Record If...»与«Skip Record If...»,«Skip Record If...»的关系。

证若«Skip Record If...»平行于一固定平面π,设«Skip Record If...»是平面π的一个单位法向量,则«Skip Record If...»为常向量,且«Skip Record If...»·«Skip Record If...» = 0 。

两次求微商得«Skip Record If...»·«Skip Record If...» = 0 ,«Skip Record If...»·«Skip Record If...» = 0 ,即向量«Skip Record If...»,«Skip Record If...»,«Skip Record If...»垂直于同一非零向量«Skip Record If...»,因而共面,即(«Skip Record If...»«Skip Record If...»«Skip Record If...»)=0 。

反之, 若(«Skip Record If...»«Skip Record If...»«Skip Record If...»)=0,则有«Skip Record If...»×«Skip Record If...»=«Skip Record If...»或«Skip Record If...»×«Skip Record If...»«Skip Record If...»«Skip Record If...»。

若«Skip Record If...»×«Skip Record If...»=«Skip Record If...»,由上题知«Skip Record If...»具有固定方向,自然平行于一固定平面,若«Skip Record If...»×«Skip Record If...»«Skip Record If...»«Skip Record If...»,则存在数量函数«Skip Record If...»、«Skip Record If...»,使«Skip Record If...»= «Skip Record If...»+«Skip Record If...»«Skip Record If...»①令«Skip Record If...»=«Skip Record If...»×«Skip Record If...»,则«Skip Record If...»«Skip Record If...»«Skip Record If...»,且«Skip Record If...»⊥«Skip Record If...»。

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