曲率与挠率的毕业论文

空间曲线 克莱罗开创了空间曲线的理论，这是三维微分几何的一大进步。克莱罗（1713-1765）9岁就在父亲的帮助下学习解析几何和微积分，12岁时就写了一本关于曲线的书（震惊……天才内卷起来真应了张爱玲那句话：出名要趁早），16岁写了一本关于双重曲率曲线的著作，在书中论述了曲面和空间曲线的解析学，这本书于1731年出版，同年他成为法国科学院有史以来最年轻的院士。1743年他出版了关于地球形状的著作，以比牛顿、麦克劳林更完全的形式论述了旋转体的形状，给出了地球几何扁率与重力扁率的数学关系。他也研究了三体问题，1763年发表了《关于月球的理论》。克莱罗一生未婚，很有魅力，是巴黎社会的知名人物。 1731年克莱罗解析地论述了空间曲线的基本问题，他把空间曲线称为双曲率曲线，因为他受笛卡尔影响，考虑了空间曲线在两个垂直平面上的投影，于是空间曲线拥有了两条平面曲线的曲率。他从几何上把一条空间曲线看作两个曲面的交线，从分析上把每个曲面表示为三变量的方程。然后他研究双曲率曲线的切线，发现一条空间曲线在一个垂直切线的平面上可以有无穷多条法线，并提出了空间曲线弧长的表达式和某些曲面面积的求积公式。 1750年前后，空间曲线理论或曲面理论仍然是很匮乏的，之后欧拉推动了空间曲线微分几何的第二次重大发展。早年欧拉在力学中应用曲线和曲面，推进了微分几何的研究。1774年他开始讨论空间曲线的理论。为了研究扭曲橡皮带所取形状的问题：“开始是直的橡皮带，在两端压力作用下变得扭曲，求曲线形状”，他引入了一些新的概念，在次年给出了关于扭曲线理论的完整论述。 他引入了球面指标线，这个概念是说，对于曲线任一点(x,y,z)，以它为球心画一个单位球，球上点的轨迹就是球面指标线。欧拉推导了空间曲线曲率半径的一个解析表达式，定义了曲线在(x,y,z)的密切平面（约翰伯努利引入密切平面的术语，且认为密切平面由三个“重迭”的点决定），并给出密切平面的方程。 克莱罗曾经引入了空间曲线有两个曲率的想法，其中一个曲率是欧拉前面给出的，另一个曲率现在称为挠率，几何上表示一条曲线从(x,y,z)点处的一个平面离开的速率，工程师和数学家 Michel - Ange   Lancret (1774-1807)用分析法求出表达式。Lancret是蒙日的学生，他继承了蒙日的思想，在曲线任一点选出三个主方向：切线方向、主法线方向和次法线方向。挠率是次法线方向关于弧长的变化率。 1826年柯西改进了概念的陈述，澄清了空间曲线理论中的许多问题，他抛弃了常量无穷小ds，并区分了增量和微分的差别。他发展的几何曲面理论实际上是现代的，他在证明中摆脱了球面三角学，但他也用弧长作自变量，他得到了任一一点处切线的方向余弦，证明了主法线的方向数，得到了曲线曲率的表达式。他证明了x,y,z的二阶导是法线的方向余弦除以曲率半径。他把切线和主法线决定的平面作为密切平面，这个平面的法线是次法线，他接着给出了次法线的方向余弦和挠率。柯西已经得到 Frenet - Serret 公式中的两个公式，这三个公式分别给出了切线、次法线和法线的方向余弦的导数，它们由Serret(1819-1885)在1851年和Frenet(1816-1900)在1816年分别发表。 曲率和挠率是空间曲线的两个基本性质，给定曲率和挠率，在加上曲线在空间中的摆法，就完全确定了这条曲线。 Frenet - Serret 公式可容易证明这一结论。 参考阅读： 弗莱纳公式

1. 生活中处处有数学 2、解数学竞赛题的整体策略 3、谈数学解题中发掘隐含条件的若干途径4、论数学教育中性别差异的影响 5、逆向思维在数学论证中的作用及培养6、谈小学、初中数学的衔接 7、容斥原理及其应用8、从高中课程改革看大学课程改革 9、信息化教育问题10、数学素质教育中的教师素质问题 11. 浅析课堂教学的师生互动12、谈设疑法在课堂教学中的应用 13、计算机辅助小学数学教学的探索 14、谈一类重要的数学方法--分类讨论法15、小学数学竞赛题的教育价值16、在解题中培养学生的数学直觉思维 17. 反思教学中的一题多解18. 初探影响解决数学问题的心理因素 19、在数学教学中培养学生的反思意识 20、关于探索性命题的若干问题 21、数学实验教学模式探究22、论小学数学竞赛题的解题方法 23、奥林匹克数学的解题策略24、三角形面积在竞赛中的应用 25. 数学教育中的科学人文精神 26. 数学几种课型的问题设计 27. 在探索中发展学生的创新思维 28. 把握发现式教学实质,优化课堂教学 29. 如何评价小学学生的数学素质 30. 阅读材料在数学教学中的作用 31. 数学中的判断之我见 32. 关于学生数学能力培养的几点设想 33. 反例在数学中的作用 34. 谈谈类比法 35. 数学教学设计随笔 36. 数学CAI应遵循的原则 37. 我国数学教育改革的若干问题 38. 当代数学教学模式的发展趋势 39. “问题解决教学”的实践与认识 40. 数学教学中的“理论联系实际” 41. 小学数学课堂教学探究性学习案例简析 42. 数学训练，贵在科学 43. 教学媒体在数学教学中的作用 44. 培养数学能力的重要性和基本途径 45. 初探在数学教学中开展研究性学习 46. 浅谈数学学习兴趣的培养 47. 如何使计算机辅助教学变得更方便 48. 精心设计习题，提高教学质量 49. 我对概念教学的的再认识 50. 数学教学中的情境创设 51. 结合数学教学实际开展教研教改 52. 为学生展开想象的翅膀创造环境 53. 利用习题变换，培养思维能力 54. 课堂教学中培养学生创造能力的尝试 55. 观察法及其在数学教育研究中的应用 56. 直觉思维在解题中的运用 57. 数学方法论与数学教学—案例三则 58. 概念课是思维训练的重要环节 59. 对概念导入和问题设计的思考 60. 把握概念本质注重思维能力的培养 61. 将研究性学习引入数学课堂教学 62. 数学教学的现代研究 63. 数学探究性活动的内容、形式及教学设计 64. 注重创新性试题的设计 以上为参考论文选题，学生写论文时可选用，也可按选题提供的范围和方向，根据自己教学过程中体会最深的某方面自定论文选题1．关于数学教学目的问题； 2．关于数学思维问题； 3．关于数学教学方法问题； 4．关于学习的迁移问题； 5．关于数学教学的评价问题； 6．关于熟练技能与深刻理解的关系问题； 7．数学的实用功能与数学的文化教育功能相关关系的研究； 8．数学教学的德育功能研究； 9．班级授课制中集体教学、小组教学和个别教学在数学教学中的地位和作用； 10．数学发现法(探究式)教学可实施的基本内容、对象和范围； 11．对数学教学中“可接受性原则”的认识及其具体做法的实验研究； 12．中学生数学学习习惯与学习方法的调查分析； 13．诊断和鉴别数学学习困难学生的方法探析； 14．数学智力因素与数学非智力因素的界定及其对学生学习成绩交互作用的研究； 15．数学教学中激发学生学习兴趣的内在机制和外部因素的研究； 16．教法与学法的双向作用研究； 17．学生“用数学”意识和能力的形成机制以及培养途径的实验研究； 18．数学新课程实施中转变学生学习方式的途径； 19．学生数学观念或数学意识的形成机制和培养途径的实验研究； 20．创设良好的数学教学心理氛围与提高数学教学质量相关关系 的研究。 21．中学数学教育的地位与作用。 22．形象思维与数学教学。 23．直观思维与数学教学。 24．非智力因素与数学学习。 25．数学美与数学教学。 26．在数学教学中怎样培养学生的数学能力。 27．数学作图及图形的教学。 28．数学解题错误的探讨。 29．怎样配备数学习题。 30．数学解题常用的一些思维方法。 31．怎样提高学生的自学能力。 32．怎样培养学生学习数学的兴趣。二、《概率论与数理统计》参考题 1．有关概率论发展的历史。 2．随机性与必然的数学基础与认识。 3．随机变量的直观认识与数学描述。 4．古典概率型的计算技巧。 5．几何概率型的分析处理。 6．有关概率论之介绍。 7．概率论中数学期望概念。 8．利用期望概率统一引人矩阵概率。 9．期望概率在概率论中的地位和作用。 10．特征函数与因数在概率论中的作用及其含义。 11．关于独立性。 12．大数定律与中心定律之含义。 13．大数定律与概率的统计定义。 14．有关概率不等式。 15．条件概率与条件期望。 16．Bayes公式的扩展。 17．概率在其它学科中的应用。 18．其它数学分支在概率论中的应用。 19．概率题目计算的多解性。 20．数理统计概念。 21．数理统计的过去与现在。 22．数理统计在客观现实中的作用。 23．假设检验的实质与作用。 24．参数估计的作用与处理方法。 25．数理统计在你自己工作实践中的应用(实例)。 26．学习概率统计的实践与体会。 27．概率统计中的错题分析。 28．如果我讲概率统计的话，我将这样讲(要求具体详细，资料充实，结构新颖)。 29．利用回归分析方法处理问题。 30．回归分析理论中存在的问题与解决的设想。三、《微分几何》参考题 1．空间曲线的基本公式及其在曲线论中的作用。 2．渐近线与渐缩线。 3．空间曲线弯曲性的研究。 4．曲率与挠率。 5．曲面的第一基本形式在曲面论中的作用。 6．等矩映象与曲面的内在几何。 7．曲面的第二基本形式在曲面论中的作用。 8．曲面上的曲率线，渐近曲线，测地线。 9．曲面的内在几何与外在几何的相依性。 10．曲面内的基本定理与曲线论的基本定理的比较(相仿之处与不同之处)。 11．高斯曲率的意义与作用。 12．等矩映射与等角映射及等积映射的关系。 13．高斯与波涅公式的意义与作用。 14．伪球面与罗氏几何。四、《复变函数》参考题 1．复变函数在一点解析的等价定义。 2．幅角多值性所导出的问题汇集。 3．小结复变函数的积分。 4．解析与调和函数的关系。 5．漫谈复数∞。 6．0，∞与函数 7．多值函数单值分支的表达与计算。 8．分式线性函数全体对乘法——函数复合——构成群。 9．∞和∞邻域的引进使扩充复平面的为紧空间。 lo．等比级数 ，在函数的泰勒展开式和罗朗展开式中的作用。 11．谈复数的比较大小问题。 五、《实变函数》参考题， 1．关于积分号下取极限(积分与极限交换次序问题)。 ①在什么条件下可以积分号下取极限，是积分的一个重要性质，例 如关系到微积分基本定理成立的条件，函数项级数和的性质等等。 ②列举勒贝格积分和黎曼积分在几个问题上的基本结论，分析其 中最基本的要求和相互关系(书上P146第6题可供参考)，可以发现勒贝格积分在这方面比黎曼积分好得多，而且是用勒贝格积分的主要好处之一。 ③给出上述基本结论的简单推论，新的证明方法应用例题，并说明它们的意义。 2．关于微积分基本定理(牛顿一菜布尼兹公式) ①什么是微积分基本定理，它的重要意义在哪里? ②黎曼积分情形，相应定理的条件是什么?有什么不足之处? ③勒贝格积分情形，相应的定理的结论和条件又是怎样的?条件减弱在哪里?还有什么问题? ④应用例题。 3．关于绝对连续函数。 ①绝对连续的定义是什么?有些什么等价说法或充分必要条件，并证明之。绝对连续与连续、一致连续有什么不同，有什么关系。 ②证明绝对连续函数列一致收敛的极限，可微函数与绝对连续函 数复合，仍为绝对连续的。 ③绝对连续函数几乎处处可微，能否做到处处可微?举例!绝对连续函数与它的导致关系如何，与微积分基本定理有什么关系。 ④绝对连续函数全体组成线性空间。 4．关于勒贝格积分。 ①试将关于勒贝格积分的定义综合起来，做出一个统一，一般的勒贝格积分定义，并说明勒贝格积分仍然是“分割、求积、取极限”的结果，勒贝格积分的“分割”与黎曼积分又有何根本不同之处? ②说明勒贝格积分在几何上仍是“曲边梯形的面积”。 ③证明对于勒贝格积分，也和黎曼积分一样，无界函数的积分(广 义积分)和无界区域上的积分(无穷积分)，都是有界函数在有界域上的积分的极限。 ④勒贝格积分有哪些黎曼积分所没有的重要性质。从积分的定义看，是什么原因导致这两类积分有许多重大差别。 ⑤勒贝格积分有许多重要性质，带来一些什么好处? 5．关于测度。 ①总结定义点集的勒贝格测度的过程，并与数学分析中定义区域的面积的过程(重积分前面部分)作比较，分析其中不同之处，以及为什么因为这些不同，导致黎曼积分和勒贝格积分在性质上有许多重大差别。 ②说明勒贝格测度长度、面积、体积概念的推广，当平面区域可求面积时，它的面积和勒贝格测度相等。 ③列举勒贝格测度的重要性质，说明它们与勒贝格积分性质的关 系(例如测度的可数可加性与积分的可数可加性有什么关系，单调集列极限的测度(定理3、2、6～3、2、10)与勒维定理(定理5、4、2的关系)。 6．关于可测函数。 ①可测函数与连续函数，可积函数从定义上、性质上看有什么关系和差别。 ②全体可测函数构成线性空间，构成环。 ③试说明鲁金定理的意义，以及它与黎斯定理、叶果洛夫定理的关系。你如何理解“可测函数近于连续函数”及其理由。 7．关于可测函数列的各种收敛概念。 ①试述实变函数论中及数学分析中讲过的各种收敛概念的定义和性质、互相之间的关系。以及引进这些概念的意义和用处。 ②从黎斯定理和叶果洛夫定理出发说明，你怎么理解“几乎处处收敛，近乎一致收敛”。 8．关于点集上的连续函数。 ①定义，性质。 ②与数学分析中讲的连续的关系。 9．集合论和点集论的方法在实变函数论中的意义。 从一些具体例子出发说明，为了解决数学分析中一些结果不够完善的问题，如推广它们的结论，有必要用这种方法去研究函数，用它也确实有好的效果。说明集合论是测度论和积分论的基础。 以上问题，除参考．所用教材外，还可参考程其襄等编《实变函数与泛函分析基础》。朱玉楷编《实变函数简编》等有关书籍资料。

曲率的定义 设曲线是光滑的（即曲线上的每一点都有切线， 且切线随切点的移动而连续的转 动），（如图所示）在 上取定一点作为度量弧长的基点，在曲线上任取一点， 弧段的长度为，当动点沿曲线移动到时，切线转过的 角度为，称比值为弧段的平均曲率，记为，即 . 当时，平均曲率的极限为曲线在点处的曲率， 记为，即 如果存在，则也可表示为 注： 直线上任一点的切线与直线本身重合，切线转角，所以 直线任一点的曲率皆为零。半径为的圆上任一点的曲率皆为，即半径的倒数。 这就是说，圆的弯曲程度到处一样，且半径越小，弯曲得越厉害。挠率中心就是在副法向量上距离切点的长度是挠率的倒数的点.饶率是在密切平面上的偏折程度。

这是微分几何中的概念知识。曲率讲的是空间曲线在密切平面上的弯曲程度，饶率是在密切平面上的偏折程度。密切平面形象理解就是曲线所在的平面。

曲率是弯曲，挠率是扭曲。对一条平面曲线，主法向量是在平面上，与切向量垂直。次法向量等于切向量叉乘主法向量，与平面垂直。由于平面曲线的次法向量处处与平面垂直，所以平面曲线挠率处处为零。也就是发生弯曲，不扭曲。而对于三维曲线，某一点曲率，挠率都不为零，同时发生弯曲和扭曲。上面讲的是三维空间中曲线的挠率。曲面的曲率，挠率可类推。至于更高维的挠率(包括曲率)，则要用到微分几何。作者：范克里夫来源：知乎