圆纹曲面的几何特征

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直纹面即由直线的轨迹所构成的曲面,它是一类比较重要的曲面。它的参数方程为:∑:R=R(u,t)=r(u)+t·l(u),其中r=r(u)称为直纹面的准线,l=l(u)为直纹面的母线的方向矢量。圆纹曲面即是由圆的运动轨迹所生成的曲面,它也是一类比较重要的曲面。例如,参数方程为:∑:R(s,t)=r(s)+λ(s)·[N(s)·cost+B(s)·sint]的曲面就是一类特殊的圆纹曲面,其中r=r(s)为圆心的运动轨迹,λ(s)为圆的半径,N(s)和B(s)分别为r=r(s)的主法向量和副法向量。圆纹曲面的母线为圆周或圆弧。好的标架的选取对于曲面性质的研究至关重要。因此我们想通过选取合适的活动标架来简化其运动方程,进而研究圆纹曲面的性质。通过在直纹面的腰线上选取自然标架建立了其活动标架微分运算的Frenet公式。本文借签了直纹面标架选取的过程,给出了圆纹曲面的一种活动标架的取法。针对圆纹曲面的特殊性质之处,首先,在圆纹曲面上取自然标架{R;e1,e2,e3}。接着,引进两个旋转参数α=α(s,t),β=β(s,t),它们都是关于s和t的可微函数。通过对原自然标架进行两次旋转变换,得到了一个新的活动标架,记为{R;e1**,e2**,e3**}。在新的活动标架下,当α,β满足条件βs=τ·sinα+κ·sint·cosα,βt=sinα,αs=cost-sint·tanα·αt时,其运动方程得到简化。这里κ,τ分别为圆心生成曲线r=r(s)的曲率和挠率。从而得到了圆纹曲面的活动标架微分运算的Frenet公式。
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