Pereiti prie turinio

Aptarimas:Matematika/Kreivis

Page contents not supported in other languages.
Pridėti temą
Iš Wikibooks.

teisingas ir neteisingas sprendimo budas

[keisti]
  • Nustatyti kreivį cikloidės
jos laisvai pasirenkame taške (x; y).
Sprendimas.
Įstatydami gautas išraiškas į formulę (3), randame:

vadovelio formule teisinga, o isvesta neteisinga nors vadovelis ir siulo isvesti taip

[keisti]

Apskaičiavimas kreivio linijos, užrašytos lygtimi polinėse koordinatėse

[keisti]
Tegu kreivė užrašyta lygtimi pavidalo
Užrašysime formules perėjimo iš polinių koordinačių į dekartines:
Jeigu į šitas formules įstatyti vietoje jo išraišką per t. y. tai gausime:
Paskutines lygtis galima nagrinėti kaip parametrines lygtis kreivės (1), be kita ko parametras yra
Tada
Įstatant paskutinę išraišką į formulę (1) praeito skyriaus, gausime formulę apskaičiavimui kreivio kreivės polinėse koordinatėse:
Originali (vadovėlio) formulė yra:

Pavyzdžiai

[keisti]
Vaizdas:Kreivispav144.jpg
144 pav.
  • Nustatyti kreivį Archimedo spiralės laisvai pasirenkame taške (144 pav.).
Sprendimas.
Iš to seka,
Pastebėsime, kad su didelėmis reikšmėmis turi vietą apytikslės lygybės: todėl, pakeičiant praeitoje formulėje į ir į gauname apytikslę formulę (didelėms reikšmėms ):
Tokiu budu, su didelėmis reikšmėmis Archimedo spiralė turi apytiksliai tą patį kreivį, kaip ir apskritimas spindulio .
Pavyzdžiui, jei , tuomet:

Bandymas 2

[keisti]

Apskaičiavimas kreivio linijos, užrašytos lygtimi polinėse koordinatėse

[keisti]
Tegu kreivė užrašyta lygtimi pavidalo
Užrašysime formules perėjimo iš polinių koordinačių į dekartines:
Jeigu į šitas formules įstatyti vietoje jo išraišką per t. y. tai gausime:
Paskutines lygtis galima nagrinėti kaip parametrines lygtis kreivės (1), be kita ko parametras yra
Tada
Įstatant paskutinę išraišką į formulę (1) praeito skyriaus, gausime formulę apskaičiavimui kreivio kreivės polinėse koordinatėse:
Originali (vadovėlio) formulė yra:

Tai hiperbolės lanko ilgis

[keisti]
Pasinaudojome internetiniu integratoriumi http://integrals.wolfram.com/index.jsp?expr=Sqrt%5B1%2B+1%2F%282x%29%5D+&random=false.

Neteisingas sprendimas ieškant

[keisti]
  • Nustatyti kreivį parabolės taškuose ir Rasti prabolės evoliutės lanko ilgį iš taško iki taško naudojantis kreivės lanko ilgio skaičiavimo formule
Taškas yra spindulio centras, o taškas yra spindulio centras. Spindulys yra atkarpa iš taško iki taško . Spindulys yra atkarpa iš taško iki taško .
Sprendimas.
Kreivis taške yra lygus:
Kreivis taške yra lygus:
Dabar užrašysime parabolės normalės lygtį taške :
Toliau rasime spindulio centro koordinates. Žinome, kad
Išsprendę lygčių sistemą rasime taško koordinatę:
keitimo budu gauname:
Tai yra ketvirto laipsnio lygtis, kurios sprendinius rasime pasinaudodami internetu (http://www.1728.org/quartic.htm):
Vadinsi spindulio centro abscisės koordinatė turi buti viena iš keturių pateiktų. Kadangi vien spindulys , tai centro abscisės koordinatė yra arba arba . Bet kadangi spindulys yra parabolės liestinės normalė ir spindulio galas (centras ) priklauso parabolės evoliutei, tai
Žinodami , įstatę į parabolės evoliutės lygtį, randame (sekančiame pavyzdyje pateiktas parabolės evoliutės lygties radimas):
Arba per Pitagoro teoremą randame:
Per Pitagoro teoremą gautas atsakymas panašus į tikrąjį, nes parabolės taške spindulys yra statmenas parabolės liestinei taške ir beveik lygiagretus Ox ašiai. O parabolės liestinė taške yra beveik lygiagreti Oy ašiai. Taigi, radome spindulio centrą kuris nedaug skiriasi nuo teisingo
Toliau rasime spindulio centro koordinates. Žinome, kad
Išsprendę lygčių sistemą rasime (taško koordinate):
keitimo budu gauname:
Taigi, Žinodami , įstatę į parabolės evoliutės lygtį, randame (sekančiame pavyzdyje pateiktas parabolės evoliutės lygties radimas):
Arba per Pitagoro teoremą randame:
Radome spindulio centrą
Bet dėl kažkokių priežasčių sprendžiant ketvirtojo laipsnio lygtį nebuvo gautos visiškai teisingos koordinatės, o tik panašios.

blogas įrodymas

[keisti]

Kreivės užrašytos parametriškai

kreivio apskaičiavimo formulė yra:
Galima naudotis ir šita formule:

Įrodymas

[keisti]
Kreivis yra kampo tarp erdvinės linijos liestinių skirtinguose taškuose M ir N santykis su tos kreivės lanko ilgiu ds tarp tų taškų. Kamui artėjant prie nulio, artėja ir krevės lanko ilgis prie nulio.
Kreivė užrašyta parametriškai
taške turi liestinės vektorių:
Taškas turi liestinės vektorių:
Kampas tarp liestinių taškuose ir yra lygus kamui tarp vektorių ir :
Erdvinės linijos kreivį iš taško iki taško galima apskaičiuoti taip:
Jei vektoriai liestinių normalizuoti, tuomet kampą tarp jų galima užrašyti taip:
čia
Kai kampas artėja į nulį, tada ir kreivės lanko ilgis s tarp taškų ir artėja į nulį, , tada turime:
Kai kampas artėja į nulį iš formulės turime . Iš vektorių žinome, kad
todėl kreivis lygus:
Skaityklyje negalime įstatyti vektoriaus koordinačių, nes kreivis tampa lygus nuliui.
Žinome, kad dvimatėje erdvėje ant plokštumos xOy kokios nors kreivės liestinės kampas su Ox ašimi yra Jeigu vektoriaus kiekvieną iš parametrinių funkcijų padalinsime iš , kai yra parametro t atstumas iki kol bus pasiektas taškas tai gausime vektorių
Kai liestinės dvimatėje erdvėje kampas yra surištas su , tai savybės negali būti panaudotos vektoriui apibūdinti. Mūsų atveju, mes jau turime, kad tarp vektorių, kai mažėja kampas . Todėl suradę prie ko artėja riba artėjant kamui prie nulio, turime kampo išvestinę, kuri savo reikšme analogiška funkcijos kitimo greičio išvestinei tam tikrame taške. Kampo išvestinė reiškia, kiek linija nukrypsta nuo savo pradinės trajektorijos tam tikrame taške. Tiesės kampo išvestinė yra lygi nuliui, nes linija nenukrypsta nei kiek. Vektoriaus ilgis, artėjant taškui prie taško , tampa lygus vektoriaus ilgiui, todėl
Iš vektorių formulės turime:
arba Lagrandžo tapatumą:

Siuloma normalė nėra statmena liestinei

[keisti]

Apskaičiavimas kreivio linijos, užrašytos parametriškai erdvėje

Kreivės užrašytos parametriškai
kreivio apskaičiavimo formulė yra:
Galima naudotis ir šita formule:


Kreivės liestinės vektorius taške yra Šis liestinės vektorius yra lygiagretus kreivės liestinei taške
Erdvinės kreivės liestinės lygtis taške yra:
arba
Kreivės normalės vektorius (kreivio spindulio vektorius) taške yra tik toms parametrinėms funkcijoms kurių rodikliai p yra riboje tai yra pavyzdžiui, , , , Pavyzdžiui, funkcija užrašyta parametriškai turi normalės vektorių
Kreivės normalės vektorius taške yra visoms funkcijoms užrašytoms parametriškai. Minuso ženklas prie išvestinės vardiklyje pasirenkamas tuo atveju, jeigu rodiklis parametro yra . Pavyzdžiui, funkcija užrašyta parametriškai turi taške tik vieną normalės vektorių statmeną kreivės liestinei taške kuris yra:
Jeigu funkcijos parametras yra ir , tada pliuso ar minuso ženklą pasirinkti prie parametrinės funkcijos išvestinės priklauso nuo kitų funkcijų. Pavyzdžiui, parametrinėms funkcijoms , , gausime kreivės užrašytos šitomis parametrinėmis funkcijomis normalės vektorių:
Kitas pavyzdis, kreivės užrašytos parametriškai , , , normalės vektorius taške yra:
Todėl galime užrašyti kreivės normalės lygtį:
arba
Turime lygčių sistemą:
Gauname, kad
Įstatę į antrą sistemos lygtį gauname:
Išsprendus kvadratinę lygtį
surandama kreivio centro koordinatė Analogiškai surandama ir kordinatė išsprendus lygtį:
Tokiu pačiu principu surandama ir koordinatė, išsprendžiant lygtį:


Norint surasti parametrines erdvinės kreivės evoliutės lygtis grįžtame prie sistemos:
Iš kurios turime:
Ar pliuso ar minuso ženklą pasirinkti, reikia vadovautis tuom, kad erdvinės kreivės normalės vektorius būtų tos pačios krypties arba bent jau lygiagretus vektoriui Jei lygiagretumo sąlyga išpildyta, bet krypties sąlyga neišpildyta, tuomet turėtume gauti išverstos evoliutės lygtį, kuri bus aplink kreivę, o ne kreivės viduje. Kad gauti evoliutės lygtį kuo panašesnę į plokščios (dvimatės) evoliutės lygtį, ir lygiagretumo sąlyga, ir krypties sąlyga turi būti išpildyta (kai abu vektoriai yra tos pačios krypties tuomet ; čia yra lanko ilgis evoliutės iš vieno centro taško iki kito centro taško).
Analogiškai turime ir parametrinę y evoliutės išraišką:
Taip pat surandama ir parametrinė z evoliutės lygties koordinatė:
Taškas yra kreivės kreivio centro taškas, kuris su tašku sudaro spindulį R.

Labai keistas sutapimas

[keisti]
padalinę vektoriaus narius iš vektoriaus narių turėtume gauti tas pačias x, y, z reikšmes gautame vektoriuje, taigi
kažkodėl gavome tik apytiksiai vienodas reikšmes (su kitomis , , reikšmėmis jos dar mažiau bus panašios, ypač su kita reikšme) ir keistą sutapimą, kad liekanos vienodos (.98418).

nesiprastina

[keisti]
c) Erdvinės evoliutės parametrinės lygtys yra (bent jau, kai t kinta nuo 0 iki ):

Vienoje vietoje vietoj t turi būti x, kad derivatorius duotų teisingai (kad gauti teisingai)

[keisti]
e) Randame išvestines (pasinaudodami derivatoriumi iš www.derivator.org):
funkcijai įvedame į derivatorių ((1+4*x^2+9*x^4)^(3/2))/((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^(1/2) ir gauname rezultatą
(1.5*(1+4*x^2+9*x^4)^0.5*(0+0+4*2*x+0+9*4*x^3)*((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5-(1+4*x^2+9*x^4)^1.5*0.5*((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^-0.5*((0+9*4*x^3+0+9*2*x+0)*(144*x^4+9*x^2+4)+(9*x^4+9*x^2+1)*(0+144*4*x^3+0+9*2*x+0)))/((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5^2;
toliau randame įvedame į derivatorių (3*t*(1+4*x^2+9*x^4)^(3/2))/(4*(9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^(1/2) ir gaudami
((0+3*(0+t*1.5*(1+4*x^2+9*x^4)^0.5*(0+0+4*2*x+0+9*4*x^3)))*(4*(9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5-3*t*(1+4*x^2+9*x^4)^1.5*0.5*(4*(9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^-0.5*(0+4*((0+9*4*x^3+0+9*2*x+0)*(144*x^4+9*x^2+4)+(9*x^4+9*x^2+1)*(0+144*4*x^3+0+9*2*x+0))))/(4*(9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5^2;
kai ieškodami įvedame į derivatorių (1.5*(x^(2/3)+4*x^(8/3)+9*x^(14/3))^(3/2))/((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^(1/2), tai gauname

((0+1.5*1.5*(x^0.666667+4*x^2.66667+9*x^4.66667)^0.5*(0.666667*x^-0.333333+0+4*2.66667*x^1.66667+0+9*4.66667*x^3.66667))*((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5-1.5*(x^0.666667+4*x^2.66667+9*x^4.66667)^1.5*0.5*((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^-0.5*((0+9*4*x^3+0+9*2*x+0)*(144*x^4+9*x^2+4)+(9*x^4+9*x^2+1)*(0+144*4*x^3+0+9*2*x+0)))/((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5^2;

tuo tarpu [beieškant ] įvedant (1.5*x*(1+4*x^2+9*x^4)^1.5)/((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5 gauname

((0+1.5*((1+4*x^2+9*x^4)^1.5+x*1.5*(1+4*x^2+9*x^4)^0.5*(0+0+4*2*x+0+9*4*x^3)))*((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5-1.5*x*(1+4*x^2+9*x^4)^1.5*0.5*((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^-0.5*((0+9*4*x^3+0+9*2*x+0)*(144*x^4+9*x^2+4)+(9*x^4+9*x^2+1)*(0+144*4*x^3+0+9*2*x+0)))/((9*x^4+9*x^2+1)*(144*x^4+9*x^2+4))^0.5^2;