平面曲线的曲率1
曲线的曲率计算公式
曲线的曲率计算公式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：曲线是几何学中一个非常重要的概念，它描述了平面或空间中的一条连续的曲线。
曲线的曲率是描述曲线弯曲程度的一个重要指标，它可以帮助我们了解曲线在某一点的弯曲程度，从而对曲线的形状和性质进行分析。
曲线的曲率计算公式是用来计算曲线在某一点的曲率的数学公式。
曲率的定义是曲线在某一点处的弯曲程度，可以理解为曲线在该点处的切线的弯曲程度。
曲线的曲率计算公式可以用不同的数学方法来推导，其中最常用的是微积分的方法。
在微积分中，曲线的曲率可以用导数来表示。
具体来说，对于平面曲线上的一点P(x, y)，曲线在该点处的曲率可以用下面的公式来表示：\[k = \frac{|y''|}{(1 + (y')^2)^{3/2}}\]k表示曲率，y'和y''分别表示y关于x的一阶和二阶导数。
这个公式可以帮助我们计算出曲线在某一点处的曲率，从而了解曲线在该点处的弯曲情况。
曲线的曲率计算公式是数学分析中的一个重要概念，在几何、物理学和工程学等领域都有广泛的应用。
通过计算曲线的曲率，我们可以更深入地了解曲线的形状和性质，从而帮助我们解决各种实际问题。
曲线的曲率计算公式是一个重要的数学工具，它可以帮助我们了解曲线的曲率和弯曲情况，从而对曲线进行全面的分析。
希望本文对您有所帮助，谢谢阅读！第二篇示例：曲线的曲率是描述曲线弯曲程度的重要概念，其计算公式是曲率计算的基础。
在数学、物理、工程等领域，曲率计算公式被广泛应用，用于描述曲线轨迹的弯曲程度，研究曲线的性质和特征。
本文将介绍曲线的曲率计算公式及其应用。
一、曲线的曲率定义我们来定义曲线的曲率。
在平面几何中，曲线的曲率是指曲线某一点处的切线方向改变的速率。
更直观地说，曲率描述了曲线在某一点处的弯曲程度。
曲率的数值越大，说明曲线在该点处的弯曲程度越大；曲率的数值越小，说明曲线在该点处的弯曲程度越小。
曲线的曲率曲率半径
.
O点处抛物线轨道的曲率半径
y
x0
x 2000
x0
0,
y
x0
1. 2000
得曲率为
k
x x0
1. 2000
曲率半径为 2000 米.
F 70 4002 5600(牛) 571.4(千克), 2000
Q 70(千克力) 571.4(千克力),
641.5(千克力).
即:飞行员对座椅的压力为641.5千克力.
§2-8
曲线的曲率.曲率半径
一、平面曲线的曲率及其计算公式
曲率是描述曲线局部性质（弯曲程度）的量．
1
2
M2 S2 M3
S1
M1
弧段弯曲程度 越大转角越大
S1
M
M
N
S2 N
转角相同弧段越 短弯曲程度越大
y
M0 是基点. MM s ,
C
M.
M M 切线转角为 .
S
. M0 S M
)
定义
o
x
弧段MM的平均曲率为K .
s
曲线C在点M处的曲率 K lim s0 s
在 lim d 存在的条件下,
s0 s ds
K
d .
ds
注意: (1) 直线的曲率处处为零; (2) 圆上各点处的曲率等于半径的倒数, 对于半径为R的圆周 Δ S = RΔθ
1
s R
（3）曲率的倒数称为 曲率半径 = 1/K
1 cos t
sin3 t
2
y
1 4a
1 sin4
t
,
代入公式K
(1
y y2 )3/ 2
1 4a sin
t
曲率
曲率曲率是数学中一个重要而深奥的概念，它被广泛应用于多个学科领域，包括物理学、几何学和工程学等。
本文将对曲率的定义、性质和应用进行探讨，帮助读者更好地理解这一概念。
曲率是描述曲线和曲面弯曲程度的一个数值指标。
一般来说，曲线的曲率是指曲线在某一点上几何形状的变化程度。
曲面的曲率则是指曲面在某一点上的沿不同方向的几何形状的变化程度。
对于平面上的曲线来说，曲率可以用曲率半径来表示。
曲率半径是一个与曲线曲率成反比的数值，如果曲线越弯曲，曲率半径就越小。
通过计算曲率半径，我们可以对曲线的弯曲程度进行定量分析。
当曲率半径为无穷大时，曲线是直线；反之，当曲率半径为零时，曲线上的任意一点是奇点。
曲率半径可以在物理学、几何学和工程学等领域中得到广泛应用。
对于曲面来说，曲率的计算稍微复杂一些。
曲面上的曲率可以通过计算曲面上的两个主曲率和平均曲率来获得。
主曲率是在点上切平面内的两个正交方向上的曲率，平均曲率是两个主曲率的平均值。
曲面上的曲率可以帮助我们确定曲面上的凸凹部分，从而在工程设计中提供重要的参考信息。
曲率在物理学中有着广泛的应用。
在牛顿力学中，弯曲轨道上的物体会受到曲率半径的影响，从而产生向心力。
在相对论中，曲率可以描述时空的弯曲，是爱因斯坦场方程中的核心概念之一。
曲率在光学中也有着重要的应用，它可以帮助我们理解光线在光学元件中的传播路径。
除了物理学外，曲率在几何学和工程学中也扮演着重要角色。
在几何学中，曲率是研究曲线和曲面性质的基本工具，它可以帮助我们理解和刻画抽象的几何对象。
在工程学中，曲率可以用来描述和分析工程结构的变形情况，从而为工程设计提供依据。
总之，曲率是一个重要的数学概念，它在多个学科领域中有着广泛的应用。
通过对曲率的理解和研究，我们可以更好地揭示自然界和人工构造物的性质，为科学研究和工程实践提供有力支持。
希望通过本文的介绍，读者能对曲率有一个初步的认识，并进一步探索曲率在各个学科领域中的应用。
平面曲线的曲率
( b , b2 4ac)
曲率表征曲线局部性质〔弯曲程度〕的量 砂轮的曲率应不小于抛物线顶点的曲率0.
2a 4a
K 2a
例2、设工件外表的截线为抛物线 y 0.4x2. 现在要用砂轮磨削其内外表.问用直径多大的砂轮 才比较适宜？
注: 直线上任意点处的曲率为 0 !
例2、设工件外表的截线为抛物线 y 0.
y 2a 思考：直线任意点处的曲率是多少?
K 注: 直线上任意点处的曲率为 0 !
现砂在轮要 的用曲砂率轮应磨不削小其于内抛外物表线顶. 点的曲率0.2
3 2
1y 1(2axb) 思考：直线任意点处的曲率是多少?
3 22
y
d
( 1
y2
)dx
0
故曲率计算公式为
y K (1 y2 )32
C:yf(x)
M
x
K d .
ds
例1 抛物线 yax2bxc在哪个点曲率最大？
1、引例：弯曲程度与哪些因素有关？
解: y2axb 砂轮的曲率应不小于抛物线顶点的曲率0.
例如：求半径为R 的圆上任意点处的曲率。
y 2a
25单位长 即直径不得超过2.
C
弧段 M M 平均曲率
K s
点 M 处的曲率
K lim d
s0 s
ds
M
s
M0 M
0
x
例如：求半径为R 的圆上任意点处的曲率。
M s
R M
思考：直线任意点处的曲率是多少?
注: 直线上任意点处的曲率为 0 !
二、曲率的计算公式
设曲线弧 y f (x)
【微积分讲解】曲线的曲率与挠率
【微积分讲解】曲线的曲率与挠率在微积分学的课程中，我们学到了很多的曲线和曲面之间的关系，其中包括曲率和挠率。
曲率是指在一点处曲线的曲率大小，是表示曲线弯曲程度大小的一种度量方法，而挠率则是曲线在空间内扭动的程度大小。
在本篇文章中，我们将会介绍曲线的曲率和挠率是如何计算的，以及它们之间的关系究竟是怎样的。
一、曲线的曲率曲线的曲率是指曲线在某一个点处的弯曲程度。
在二维空间中的曲线，其曲率是根据曲线长度和弯曲程度的比例来计算的。
假设一个平面曲线被表示为y=f(x)，那么曲线在x=a处的曲率公式可以表示为：$$k = \frac{|f''(a)|}{(1+f'(a)^2)^{3/2}}$$在此公式中，f''(a)是f(x)的二阶导数，f'(a)是f(x)的一阶导数。
可以理解为，曲率大小是曲线在该点附近沿着弧线方向依照曲率半径所构成的圆弧的半径，曲率计量的曲线弯曲程度大小越大，曲率值就越大。
这里就以二维曲线的形态来解释。
在三维空间中的曲线，要计算曲率就更加复杂了。
但是对于一个是参数方程表示的曲线，我们可以使用公式：其中，r(t)是曲线的参数方程表示，r'(t)是曲线在t时刻的一阶导数，r''(t)是曲线在t时刻的二阶导数。
相比于二维平面曲线，这个公式在计算时要用到向量积，稍稍有点麻烦。
在此公式中，f''(a)是f(x)的二阶导数，f'(a)是f(x)的一阶导数，也就是说，挠率用的还是曲线的一阶和二阶导数。
表明了曲面在某一点位置时，其纵向（方向型）与形状（弯曲型）的关系度量，挠率值越大，其形状耐扭曲能力就越弱。
对于三维空间中的曲线，它的挠率比较复杂，可以使用公式：$$t = \frac{(r'(t)\times r''(t))\cdot r'''(t)}{|r'(t)\times r''(t)|^2}$$三、曲率和挠率的关系曲率和挠率都是可以概念化地来度量曲线的性质，但是它们各自的意义是不同的。
数学分析-平面曲线的弧长与曲率
解: 利用对称性
绕 x 轴旋转
星形线
星形线是内摆线的一种.
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大圆半径 R＝a
小圆半径
参数的几何意义
(当小圆在圆内沿圆周滚动
时, 小圆上的定点的轨迹为是内摆线)
内容小结
3. 平面曲线的弧长
曲线方程
参数方程方程
上
半圆为
下
它也反映了环面微元的另一种取法.
第三节、平面曲线的弧长与曲率
定义: 若在弧 AB 上任意作内接折线 ,
当折线段的最大
边长 →0 时,
折线的长度趋向于一个确定的极限 ,
此极限为曲线弧 AB 的弧长 ,
即
并称此曲线弧为可求长的.
定理: 任意光滑曲线弧都是可求长的.
则称
(1) 曲线弧由直角坐标方程给出:
弧长元素(弧微分) :
因此所求弧长
的弧长 .
解:
例12. 求阿基米德螺线
相应于 0≤≤2
一段的弧长 .
解:
第四节、旋转体的侧面积
设平面光滑曲线
求
积分后得旋转体的侧面积
它绕 x 轴旋转一周所得到的旋转曲面的侧面积 .
取侧面积元素:
例19. 计算圆
x 轴旋转一周所得的球台的侧面积 S .
解: 对曲线弧
应用公式得
当球台高 h＝2R 时, 得球的表面积公式
极坐标方程
弧微分:
直角坐标方程
注意: 求弧长时积分上下限必须上大下小
4. 旋转体的侧面积
侧面积元素为
(注意在不同坐标系下 ds 的表达式)
思考与练习
1.用定积分表示图中阴影部分的边界长 s .
数学分析10.3平面曲线的弧长与曲率
第十章 定积分的应用 3 平面曲线的弧长与曲率一、平面曲线的弧长设平面曲线C=⌒AB. 如图所示，在C 上从A 到B 依次取分点： A=P 0,P 1,P 2,…,P n-1,P n =B ，它们成为曲线C 的一个分割，记为T. 用线段联结T 中每相邻两点，得到C 的n 条弦P i-1P i (i=1,2,…,n)，这n 条弦又成为C 的一条内接折线，记：T =ni 1max ≤≤|P i-1P i |，s T =∑=n1i i 1-i |P P |，分别表示最长弦的长度和折线的总长度。
定义1：对于曲线C 的无论怎样的分割T ， 如果存在有限极限：0T lim →s T =s ，则称曲线C 是可求长的， 并把极限s 定义为曲线C 的弧长.定义2：设平面曲线C 由参数方程x=x(t), y=y(t), t ∈[α,β]给出. 如果x(t)与y(t)在[α,β]上连续可微，且x ’(t)与y ’(t)不同时为零 (即x ’2(t)+y ’2(t)≠0, t ∈[α,β])，则称C 为一条光滑曲线.定理：设曲线C 由参数方程x=x(t), y=y(t), t ∈[α,β]给出. 若C 为一光滑曲线，则C 是可求长的，且弧长为：s=⎰'+'βα22(t)y (t)x dt.证：对C 作任意分割T={P 0,P 1,…,P n }，并设P 0与P n 分别对应t=α与t=β, 且P i (x i ,y i )=(x(t i ),y(t i )), i=1,2,…,n-1.于是，与T 对应得到区间[α,β]的一个分割T ’： α=t 0< t 1<t 2<…t n-1<t n =β.在T ’所属的每个小区间△i =[t i-1,t i ]上，由微分中值定理得△x i =x(t i )-x(t i-1)=x ’(ξi )△t i , ξi ∈△i ；△y i =y(t i )-y(t i-1)=y ’(ηi )△t i , ηi ∈△i . 从而C 的内接折线总长为s T =∑=∆+∆n1i 2i 2i y x =∑='+'n1i i 2i 2)(ηy )(ξx △t i .记σi =)(ηy )(ξx i 2i 2'+'-)(ξy )(ξx i 2i 2'+'，则s T =[]∑=+'+'n1i i i 2i 2σ)(ηy )(ξx △t i .又由三角形不等式可得：|σi |≤||y ’(ηi )|-|y ’(ξi )||≤|y ’(ηi )-y ’(ξi )|. 由y ’(t)在[α,β]上连续，从而一致连续，∴对任给的ε>0, 存在δ>0， 当T '<δ时，只要ηi , ξi ∈△i ，就有|σi |≤|y ’(ηi )-y ’(ξi )|<α-βε, i=1,2,…,n. ∴|s T -∑='+'n1i i 2i 2)(ξy )(ξx △t i |=|∑=n1i i σ△t i |≤∑=n1i i |σ|△t i <ε,∴0T lim →s T =∑=→''+'n1i i 2i 20T )(ξy )(ξx lim △t i ，即s=⎰'+'βα22(t)y (t)x dt.注：1、若曲线C 由直线坐标方程y=f(x), x ∈[a,b]表示，则看作参数方程：x=x, y=f(x), x ∈[a,b]. 因此，当f(x)在[a,b]上连续可微时，此曲线即为一光滑曲线，其弧长公式为：s=⎰'+ba 2(x )f 1dx. 2、若曲线C 由极坐标方程r=r(θ), θ∈[α,β]表示，则 化为参数方程：x=r(θ)cos θ, y=r(θ)sin θ, θ∈[α,β]. 由x ’(θ)=r ’(θ)cos θ-r(θ)sin θ, y ’(θ)=r ’(θ)sin θ+r(θ)cos θ, 得：x ’2(θ)+y ’2(θ)=r 2(θ)+r ’2(θ)，∴当r ’(θ)在[α,β]连续，且r(θ)与r ’(θ)不同时为零时，此极坐标曲线为一光滑曲线， 其弧长公式为：s=⎰'+βα22 )(θr )(θr d θ.例1：求摆线x=a(t-sint), y=a(1-cost)(a>0)一拱的孤长.解：∵x’(t)=a-acost; y’(t)=asint. ∴x’2(t)+y’2(t)=2a2(1-cost)=4a2sin22t.其弧长为s=⎰2π222tsin4a dt=4a⎰2π02tsin d⎪⎭⎫⎝⎛2t=8a.例2：求悬链线y=2ee-xx+从x=0到x=a>0那一段的弧长.解：∵y’=2ee-xx-. ∴1+y’2=2x-x2ee⎪⎪⎭⎫⎝⎛+.其弧长为s=⎰+a-xx2ee dx=2ee-aa-.例3：求心形线r=a(1+cosθ) (a>0)的周长.解：∵r’(θ)=-asinθ. ∴r2(θ)+r’2(θ)=4a2cos22θ.其周长为s=⎰2π02θacos2dθ=4a⎰2π02θcos d⎪⎭⎫⎝⎛2θ=8a.注：∵s(t)=⎰'+'tα22(t)y(t)x dt连续，∴dtds=22dtdydtdx⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛，即有ds=22dydx+. 特别称s(t)的微分dx为弧微分. (如左下图)PR为曲线在点P处的切线，在Rt△PQR中，PQ为dx，QR为dy，PR则为dx，这个三角形称为微分三角形。
第03章06节平面曲线的曲率
第6节 曲线的曲率6.1弧长微分在曲线()y f x =上取定一点000(,())P x f x 为起点，从000(,())P x f x 到(,())x f x 的曲线段长记为()s x ，并规定当0x x <时()0s x <。
()s x 是单调增加的函数。
下面求弧长微分ds 。
()()()()s x s x x s x ≤∆≤∆≤∆≤∆∆≤∆≤∆ds =,()ds s x '== 如果()()xt y t ϕψ=⎧⎨=⎩则,()ds s t '==如果()ρρθ=则,()ds s θ'==以后经常要用到以上弧长微分公式。
图6.1y +离 散数 学6.2曲线的曲率这节讨论曲线的曲率，也就是曲线的弯曲程度。
设曲线()y f x =在()00,()x f x 的切线0L 与x 轴正向的夹角为0θ，在()00,()x x f x x +∆+∆的切线x L ∆与x 轴正向的夹角为x θ∆。
经过x ∆，切线的夹角变化了0x θθθ∆∆=-设()00,()x f x 和()00,()x x f x x +∆+∆之间曲线的长为s ∆。
容易想见，()00,()x f x 和()00,()x x f x x +∆+∆之间曲线的曲率（弯曲程度）与θ∆成正比，与s ∆成反比，平均曲率()k x sθ∆∆=∆ 让0x ∆→求极限，就得到曲线()y f x =在()00,()x f x 的曲率（弯曲程度）000()lim ()limx x d k x k x s dsθθ∆→∆→∆=∆==∆ 下面我们求出d dsθ从而得到求曲率的计算公式。
用x 作参数 ()()s s x x θθ=⎧⎨=⎩()()2222tan ()1()cos 1tan ()1()()()1()f x d f x dx d f x dx f x d f x dxd f x dx f x θθθθθθθ'=''=''+='''+=''='+第1章集 合322()1()d f x d ds dxdxds f x θθ''=='⎡⎤+⎣⎦003220()()1()f x k x f x ''='⎡⎤+⎣⎦例子：求半径为r 的圆上一点的曲率。
曲率及其计算公式
应用
通过空间曲率计算公式，可以了 解空间曲线在某一点的弯曲程度 ，对于分析三维几何图形、优化 航天器轨道等方面具有重要意义
。
曲率计算公式的应用
工程设计
在工程设计中，曲率计算公式常 用于分析曲线形状的合理性，如 道路设计、桥梁工程等。
物理研究
在物理研究中，曲率计算公式可 用于描述粒子运动的轨迹、电磁 场的分布等。
解释
该公式表示平面曲线在某一点的曲率，其中y''表示该点处曲线的二阶导数，y'表示该点 处曲线的导数。
应用
通过曲率计算公式，可以了解平面曲线在某一点的弯曲程度，对于分析几何图形、优化 道路设计等方面具有重要意义。
空间曲线的曲率计算公式
曲率计算公式
对于空间曲线，曲率K由下式给 出：K = |(3*[(x''*y''*z'' +
相对曲率
相对曲率是描述曲线或曲面在某一点的方向性弯曲程度的量，它等于该点的主曲率与次曲率的比值。相对曲率在 几何学和物理学中有重要的应用，例如在分析力学和电磁学等领域中，相对曲率可以帮助我们更好地理解和描述 物体的行为。
曲率在物理学中的应用
光学
在光学中，曲率是描述光学元件（如 透镜和反射镜）的弯曲程度的量。透 镜的曲率决定了光线通过透镜的折射 方向和聚焦点，反射镜的曲率决定了 反射光的方向。
曲率等于曲线在该点的切线的 斜率的倒数，即曲率 = 1/斜率 。
当曲率为正时，表示曲线在该 点向外凸出；当曲率为负时， 表示曲线在该点向内凹进。
曲率在几何学中的重要性
曲率是几何学中重要的概念之一，它在曲线和曲面理论中扮演着重要的角 色。
曲率在曲线和曲面分析、微分几何等领域中有着广泛的应用，如曲线拟合 、曲面重建等。
曲线的凹凸性及曲率
第十八页
例3. 描绘
解: 1) 定义域为
的图形.
无对称性及周期性.
2) y x2 2x , y 2x 2,
令 y 0,
令 y 0,
1 1 2 3
3) x (,0) 0 (0,1) 1 (1, 2) 2 (2, )
y
0
0
y
0
y
2
4 3
x 1 3 (极大)
2a
即抛物线的顶点处曲率最大
第二十六页
4、2 曲率圆与曲率半径
设 P 为曲线 C 上任一点 , 在点 y
D
P 处作曲线的切线和法线, 在曲线 的凹向一侧法线上取点 D 使
C
R P1
P
T
DP R 1
o
x
K
R lim s
s0
把以 D 为中心, R 为半径的圆叫做曲线在点 P 处的
曲率圆 ( 密切圆 ) , R 叫做曲率半径, D 叫做曲率中心.
(3) 若 ( x0 , f ( x0 )) 是曲线 y f ( x) 的拐点， 且 f ( x) 在 x0 连续，则 f ( x0 ) 0 ，
第七页
求拐点的一般步骤：
①求函数的二阶导数 f (x) ；
②令 f (x) 0，解出全部根，并求出所 有二阶导数不存在的点；
③对步骤②求出的每一个点，检查其左、 右邻近的 f (x) 的符号，如果异号则该点为曲 线的拐点；如果同号则该点不是曲线的拐点．
的；如果在某区间内，曲线弧位于其上任意一 点的切线的下方，则称曲线在这个区间内是凸
的．
y
y f (x) B
y f (x)
y
曲率圆与曲率半径一
当 y 1 时 , 有曲率近似计算公式 K y
说明:
x x(t ) (1) 若曲线由参数方程 y y (t ) 给出, 则
K
x y x y (x y )
2 2
3 2
(2) 若曲线方程为 x ( y ) , 则
K
x ( 1 x )
R 愈大, 则K 愈小 , 圆弧弯曲得愈小 .
曲率K 的计算公式 设曲线弧 y f ( x) 二阶可导, 则由 π π tan y ( 设 ) 2 2
d K ds
得
arctan y
d (arctan y) d x
又 故曲率计算公式为
K
y (1 y )
y
D( , )
C
O
R
M ( x, y)
T
x
(注意 y 与 y 异号 ) 移动时, 相应的曲率中心
当点 M (x , y) 沿曲线
的轨迹 G 称为曲线 C 的渐屈线 , 曲线 C 称为曲线G 的 渐伸线 . 曲率中心公式可看成渐 屈线的参数方程(参数为x).
例4. 设一工件内表面的截痕为一椭圆, 现要用砂轮 磨 削其内表面 , 问选择多大的砂轮比较合适? 解: 设椭圆方程为 由例3可知, 椭圆在 处曲率最大 ,
2 2
3
ab
(a sin t b cos t )
2 2 2 2
3 2
K 最大
求驻点:
f (t ) a 2 sin 2 t b 2 cos 2 t 最小
2 2 2 f (t ) 2a sin t cos t 2b cos t sin t (a b ) sin 2 t
曲率推导过程
曲率推导过程一、引言曲率是微分几何学中一个重要的概念，用于描述曲线或曲面的弯曲程度。
曲率推导是研究曲线或曲面曲率性质的基础。
本文将详细介绍曲率推导的过程，并深入探讨相关概念和算法。
二、曲率的定义曲线的曲率在数学上有多种不同的定义，其中一种较为常见的定义是使用切线和曲率圆。
设曲线上一点P，以P为圆心，曲线上的一条切线为切线L，切线L与曲线的交点为Q，则曲线在点P处的曲率定义为切线L的切线段OQ相对于OP的夹角的倒数。
三、平面曲线曲率的推导对于平面曲线，其曲率可以通过一系列计算步骤推导得到。
具体推导过程如下：1. 参数表示假设平面曲线C可以用参数方程x(t)和y(t)表示，其中t为参数。
则点P的坐标为(x(t), y(t))，切线向量为(Tx, Ty)。
2. 切线向量的表示切线向量的计算公式为：Tx = dx / dtTy = dy / dt其中，dx / dt和dy / dt为曲线在点P处的导数。
3. 曲率圆推导建立坐标系，以点P为原点。
设曲率圆的半径为R，曲率圆与曲线相切于点Q。
连接点P和Q，则向量PQ的方向为法向量N。
曲线在点P处的曲率C定义为切线L的切线段OP相对于N的夹角的倒数。
4. 坐标表示设曲率圆的中心坐标为(a, b)，则曲线在点P处的曲率C的计算公式为：C = lim (x -> a) (1 / R) = lim (x -> a) (y - b) / sqrt((x - a)^2 + (y - b)^2)5. 曲率计算根据曲线参数表示和曲率圆推导的结果，可以计算曲率C。
首先计算曲率圆中心坐标(a, b)，然后计算曲率圆半径R，最后代入曲率公式即可得到曲率C的值。
四、空间曲面曲率的推导与平面曲线类似，空间曲面的曲率也可以通过一系列计算步骤推导得到。
具体推导过程如下：1. 参数表示假设空间曲面S可以用参数方程x(u, v)、y(u, v)和z(u, v)表示，其中u和v为参数。
曲率 计算公式
曲率计算公式
曲率计算公式根据不同的数学领域和曲线类型有所不同。
以下是一些常见的曲率计算公式：
1. 平面曲线的曲率计算公式（针对参数方程）：
-曲率公式：k = |r'(t)| / |r''(t)|
其中，r(t)是曲线的参数方程，r'(t)表示曲线的一阶导数，r''(t)表示曲线的二阶导数。
2. 平面曲线的曲率计算公式（针对显式方程）：
-曲率公式：k = |y''(x)| / (1 + [y'(x)]^2)^(3/2)
其中，y(x)是曲线的显式方程，y'(x)表示曲线的一阶导数，y''(x)表示曲线的二阶导数。
3. 空间曲线的曲率计算公式（针对参数方程）：
-曲率公式：k = |r'(t) ×r''(t)| / |r'(t)|^3
其中，r(t)是曲线的参数方程，r'(t)表示曲线的一阶导数，r''(t)表示曲线的二阶导数，×表示向量的叉乘。
需要根据具体的曲线类型和问题背景选择合适的曲率计算公式。
平面曲线的曲率
知识点：平面曲线的曲率（MC20306） 1 背景知识与引入方法在微分几何学中,与平面曲线有关的是三个基本概念：长度、切线和曲率. 瑞士数学家L ⋅欧拉在1736年首先引进了平面曲线内在坐标这一概念.从而开始了曲线内在几何的研究.欧拉将曲率描述为曲线的切线方向和一固定方向的交角相对于弧长的变化率,这也成为一些教材引入曲率概念的方法之一.1847年弗雷内得出了曲线的基本微分方程,亦即统称弗雷内公式.后来,G ⋅达布创造了空间曲线的活动标架概念,完整地建立起曲线理论.所以有些教材把空间的弗雷内标架改造为平面弗雷内公式而导出带有正负号平面曲线曲率公式，它既表示曲线的弯曲程度，又表示曲线的弯曲方向.（如：萧树铁、居余马主编的《高等数学》第Ⅲ卷,或马知恩、王锦森主编的《工科数学分析基础》）.大多教材通常在直角坐标系下,在曲线上相邻两点的切向量()t s 和()t s s +∆之间夹角α∆关于弧长s ∆的变化率||lim 0ss ∆∆→∆α引出曲率公式. 由实际问题先引出曲率圆、曲率半径概念,由曲率半径概念自然给出曲率定义,我们认为方法简洁省事（如章栋恩等人编写《高等数学》上册）.2 该知识点讲解方法2.1讲解方法一：曲率是一个构造型的定义,通常由解决某一具体实际问题的方法来讲清其构造的道理,再引出曲率概念其教法更为简捷,例如力学问题中质点做曲线运动,在某点局部情形的研究,可用圆周曲线来代替,而此圆周曲线（曲率圆）的建立仅仅使用了一阶导、二阶导的简单应用,却以最好的方式接近已知曲线,进而引出了曲率半径定义.2.1.1曲率圆1、实际问题： 一质点作曲线运动,考察此运动在某点))(,(00x f x M 局部情形时,可用圆周曲线来替代这点附近的曲线L,这样就可以用圆周运动的知识来分析这点处的曲线运动.（问题：什么样的圆周曲线在点M 更接近曲线L 呢？）2、试求一个圆周曲线C ： 222()()x y αβρ-+-= （1） 使之满足C 过点))(,(00x f x M ： 22200()()x y αβρ-+-= （2） C 与L 在点M 有相同斜率： )(000x f y y y x x '='== （3）C 与L 在点M 有相同凹性： 0000≠''=''==)(x f y y y x x （4）（1）式两边对x 求二阶导： 0)(2)(2='-+-y y x βα0)(2)(222=''-+'+y y y β（3）（4）式代入上面两式有：0)(])([)(000='-+-x f x f x βα （5） 0)(])([)]([10020=''-+'+x f x f x f β （6）从（6）式解出： )()]([1)(0200x f x f x f '''++=β 将其代入（5）式解出200001[()]()()f x x f x f x α'+'=-'' βα,代入（2）式解出：|)(|])(1[02/320x f x f '''+=ρ. 3、定义： 曲线L 即 )(x f y =上的点)(,(00x f x M 处，在其凹向一侧的法线上取一点),(βαD 为圆心,以)()]([023021x f x f MD '''+==ρ为半径所得到的圆为L 在点M 处的曲率圆,ρ为曲率半径.2.1.2曲率1、曲率就是曲线在某点处的弯曲程度.如路弯度大,车子离心率越大；梁一般在弯的最厉害的地方断裂；……圆的半径越小弯的越厉害,于是2、定义：23020)](1[)(1x f x f k '+''==ρ为曲线)(x f y =在点))(,(00x f x 处曲率.2.2讲解方法二：通常与分析曲线弯曲程度与曲线上相邻两点的切向量()t s 和()t s s +∆之间的夹角α∆大小有关,当转角相同时,又与弧段的长短有关,于是曲率由α∆关于s ∆的变化率0lim s sα∆→∆∆来叙述.2.2.1弧微分 （这里只介绍弧微分公式的初等几何解释）设函数()f x 在区间(,)a b 内具有连续导数.基点为00(,)A x y ,(,)M x y 为曲线上任意点,规定：（1） 曲线的正向与x 增大的方向一致； （2） 有向弧段AM 的值表为：s AM =；当AM 的方向与曲线的正向一致时, s 取正号；相反时, s 取负号.设弧MN 是从点(,)M x y 起弧长的改变量s ∆，而x ∆和y ∆是相应的y x 和的改变量，由直角三角形得到：,)()()(222y x MN ∆+∆=由此，,)(1)()(222xy x MN ∆∆+=∆ 当0x ∆→时，假定这条曲线具有连续导数，可用弧长代替,MN 再对0x ∆→时取极限，得到22)d d (1)d d (xy x s +=由此得到弧长微分表达式x y s d 1d 2'+±=或22)d ()d (d y x s +±=如果弧长是朝增加的方向变化的，则s d 取正号，反之取负号.2.2.2曲率及其计算公式1、曲率的定义1、曲率是描述曲线局部性质（弯曲程度）的量. 设曲线C是光滑的,0M 是基点.Δs ='M M ,'M M →切线转角为α∆.定义：弧段M M '的平均曲率为sK ∆∆=α,曲线C 在点M 处的曲率0lims K sα∆→∆=∆. 在0lims d s dsαα∆→∆=∆存在的条件下,s K d d α=.注 意：（1）直线的曲率处处为零；（2）圆上各点处的曲率等于半径的倒数,且半径越小曲率越大.2、曲率的计算公式 （ⅰ）设()y f x =二阶可导,tan 'y α=,有arctan 'y α=,dx 1d 2y y '+''=α, x y d 1ds 2'+=,232)1(y y k '+''=∴.（ⅱ）设⎩⎨⎧==)()(t y t x ψϕ,二阶可导,)()(d d t t s y ϕψ''= , )()()()()(d d 322t t t t t x y ϕψϕψϕ''''-'''=， 3222()()()().[()()]t t t t k t t ϕψϕψϕψ''''''-∴=''+2.2.3 曲率圆与曲率半径定义：设曲线()y f x =在点(,)M x y 处的曲率为(0)k k ≠.在点M 处的曲线的法线上,在凹的一侧取一点D,使1DM kρ==.以D 为圆心,ρ为半径作图（如图）,称此圆为曲线在点M 处的曲率圆.D —曲率中心, ρ—曲率半径注意：1、线上一点处的曲率半径与曲线在该点处的曲率互为倒数.即1kρ=,1k ρ=.2、曲线上一点处的曲率半径越大,曲线在该点处的曲率越小（曲线越平坦）；曲率半径越小,曲率越大（曲线越弯曲）.3、一点处的曲率圆弧可近似代替该点附近曲线弧（称为曲线在该点附近的二次近似）.2.3 讲解方法三用曲线离开切线的速度刻画曲率；在已知弧长积分表达式的前提下推导曲率计算公式. 2.3.1曲率：曲率是表示曲线方向改变快慢的量.设A 是曲线L 上点,M 是接近A 的点(图1).由A 沿曲线到M 其切线的转角为ϕ,长度s ∆的弧段AM 的平均旋转速度k sϕ=∆.定义曲线L 在点A 处曲率lims k sϕ∆→=∆.例：讨论圆的曲率（图2） 角ϕ所张的弧AM 长度s r ϕ∆=,于是1s rϕ=∆, 所以圆所有点处的曲率都相同，等于半径的倒量.2.3.2曲率公式：平面曲线L 由函数()y f x =给出,具有连续导数，取固定点N 作为计算弧长的起点（图3）,切线倾斜角从点A 到M 的改变量ϕα=∆，s xs x s sk x s s ''=∆∆∆∆=∆∆=∆=→∆→∆→∆||lim limlim00αααϕ， 其中⎰'+=xa x x y s d )(12,y '=αtan ,故y '=arctan α，得21y y '+''='α.最终有232)1(y y k '+''= .2.4讲解方法四：曲线的解析表达式以矢量形式给出,在已有矢函数微分积分知识的前提下给出曲率概念.给定曲线：()r r t =,（t αβ≤≤）,图3 图 2图 1弧长()s t ：⎰'=βαt t r t s d )()(,r s d d =是弧微分.单位切矢：)()(t r t r τ''= ，则n k sτ=d d .n 是曲线的单位法矢.这样s τk d d=是曲率,1R k =是曲率半径, 以n R r +为矢径的点是曲率中心.具体形式，若j t y i t x r )()(+=, 则2322])()([)()()()(t y t x t y t x t y t x k +''''-'''=. 若j y i x r+=, 则232''(1')y k y =+.例题的选择方法：曲率的实际应用,根据专业特点选择为好.3 例题例1 直线的曲率恒为零.解：直线b ax y +=,因0=''y ,故各点处曲率为零,所以直线不弯. 例2 抛物线c bx ax y ++=2上哪点曲率最大？ 解：由于b ax y +='2,a y 2='',故3222[1(2)]a k axb =++,当02=+b ax ,即2bx a=-时,k 取最大值a 2, 故抛物线c bx ax y ++=2在顶点处),(ab ac a b 4422--处曲率最大. 例3 一工件内表面截线为24.0x y =,用砂轮磨削其内表面,半径多大合适？ 解：砂轮半径≤抛物线上各点处曲率半径的最小者,才不会破坏工件内表面,由例2知抛物线在顶点处曲率最大,曲率半径最小.x y 8.0=',8.0=''y ,320.8(0,0)0.8(10)k ==+,25.11==kρ,所以砂轮半径不能大于1.25．4 扩展知识黎曼流形的曲率是微分几何中最重要的几何量之一，曲率和流形的拓扑结构之间的联系是一个十分重要的问题．对于黎曼流形来说,有三种不同层次的曲率,一种是截面曲率,它相应于在每点某一平面方向所相应的曲率.另一种是里奇曲率,它是由截面曲率以适当的形式作和而成.第三种是数量曲率,它是里奇曲率的迹.这三种曲率和流形的拓扑性质之间有很强的相互制约作用,这方面的研究成果非常丰富,而且是微分几何主要研究方向之一．5 参考文献[1] 章栋恩，金元怀．高等数学．北京：中国标准出版社，1998[2] 同济大学应用数学系．高等数学．北京：高等教育出版社，2002[3] A.Д.亚历山大洛夫．数学——它的内容、方法和意义．北京：科学技术出版社，19596 参考教案MC20306.ppt。
求曲率半径的公式
求曲率半径的公式
在微分几何中，曲率的倒数就是曲率半径，即R=1/K。
平面曲线的曲率就是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，通过微分来定义，表明曲线偏离直线的程度。
对于曲线，它等于最接近该点处曲线的圆弧的半径。
对于表面，曲率半径是最适合正常截面或其组合的圆的半径。
1、曲率半径是指曲面的曲率，它表示曲线或曲面上任意一点到它的曲线中心的最小距离。
2、曲率半径的计算公式为：R=1/κ，其中κ表示曲率，它可以由下式计算出来：κ=(y''dx²+2y'xdx+y)/(dx²+2ydx+y²)^(3/2)。
3、其中，y代表任意点处的曲率，dx、dy分别表示该点处的横纵坐标差值，y'和y''表示曲率在此点处的一阶和二阶导数。
2.15平面曲线的曲率
平面曲线的曲率曲率是描述曲线弯曲程度的量。
曲线的弯曲程度一般与曲线的切线转角和曲线的长度这两个量有关1M 3M )2α∆2M 2S ∆1S ∆M M '1S ∆2S ∆N N 'α∆)转角越大弧段弯曲程度越大转角相同弧段越短弯曲程度越大1α∆)y xo 0',,;,.M M s M s s ααα+∆+∆设曲线C是光滑的,点为C的起点设曲线上点处切线的倾角为对应弧长为另一点处切线的倾角为对应弧长为' .K MM s α∆=∆称为曲线弧的平均曲率'lim .M M K M sα→∆=∆并且称为曲线在点处的曲率'(,),(,),M x y M x x y y +∆+∆设则'0lim lim x M M x K s sxαα∆→→∆∆∆==∆∆∆0lim x d x dx αα∆→∆=∆tan ,y x α'=而对求导得2sec d y dxαα''=22sec 1()d y y dx y αα''''∴=='+''''0002220lim lim lim ()() lim 1()x x x x MM s MM MM x x x MM x y y x ∆→∆→∆→∆→∆==⋅∆∆∆∆+∆'==±+∆弧弧322[1()]y K y ''∴='+(),,(),x t y t φψ=⎧⎨=⎩设二阶可导曲线方程为参数形式的曲线曲率：(),()dy t dx t ψφ'=' 223()()()().()d y t t t t dx t φψφψφ''''''-='3222()()()().[()()]t t t t k t t φψφψφψ''''''-∴=''+曲率的计算例1、求曲率。
曲率半径公式机械原理
曲率半径公式机械原理
曲率半径公式推导：κ=lim|Δα/Δs|。
在微分几何中，曲率的倒数就是曲率半径，即R=1/K。
平面曲线的曲率就是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，通过微分来定义，表明曲线偏离直线的程度。
对于曲线，它等于最接近该点处曲线的圆弧的半径。
对于表面，曲率半径是最适合正常截面或其组合的圆的半径。
曲率半径主要是用来描述曲线上某处曲线弯曲变化的程度。
圆上各个地方的弯曲程度都是一样的故曲率半径就是该圆的半径；直线不弯曲，和直线在该点相切的圆的半径可以任意大，所以曲率是0，故直线没有曲率半径。
曲线上点的曲率半径计算
曲线上点的曲率半径计算在微分几何中，曲率的倒数就是曲率半径，即R=1/K。
平面曲线的曲率就是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，通过微分来定义，表明曲线偏离直线的程度。
对于曲线，它等于最接近该点处曲线的圆弧的半径。
对于表面，曲率半径是最适合正常截面或其组合的圆的半径。
曲率半径主要用来描述曲线上某处曲线弯曲变化的程度。
比如曲率半径是圆的半径是因为圆上各处的弯曲程度都是一样的；直线不弯曲，在该点与直线相切的圆的半径可以任意大，所以曲率为0，所以直线没有曲率半径。
圆的半径越大，弯曲的程度越小，越接近直线。
所以曲率半径越大，曲率越小，反之亦然。
如果对于曲线上的某一点可以找到曲率相同的圆，那么曲线上该点的曲率半径就是圆的半径(注意是该点的曲率半径，其他点有其他曲率半径)。
也可以理解为尽可能地对曲线进行微分，直到最后逼近一段弧，这段弧对应的半径就是曲线上这一点的曲率半径。
曲率半zhidao径的公式为κ=lim|Δα/Δs|。
ρ=|[(1+y'^2)^(3/2)]/y"|代码package .example.maventest.scort.curvartureRadius;import javafx.geometry.Point2D;public class CurvartureRadius {public static void main(String[] args) {Point2D point2D1 = new Point2D(0, 1);Point2D point2D2 = new Point2D(1, 1);Point2D point2D3 = new Point2D(1, 2);double curvartureRadius =CurvartureRadius.getCurvartureRadius(point2D1,point2D2, point2D3);System.out.println(curvartureRadius);}/*** 曲率半径计算** @param p1 点1* @param p2 点2* @param p3 点3* @return*/public static double getCurvartureRadius(Point2D p1, Point2D p2, Point2D p3) {Point2D v12 = p2.subtract(p1);Point2D v23 = p2.subtract(p2);//three point on the same line,the curvature radius is infinite, return 99999.0if (v12.normalize().equals(v23.normalize())) { return 99999.0;}double x1, x2, x3, y1, y2, y3, x12, y12, x23, y23;double x0, y0;x1 = p1.getX();x2 = p2.getX();x3 = p3.getX();y1 = p1.getY();y2 = p2.getY();y3 = p3.getY();x12 = (x1 + x2) / 2;y12 = (y1 + y2) / 2;x23 = (x2 + x3) / 2;y23 = (y2 + y3) / 2;if (v12.getY() == 0) {x0 = x12;y0 = ((y3 + y2) - (Math.pow(x2 - x0, 2) - Math.pow(x3 - x0, 2)) / (y3 - y2)) / 2;} else if (v23.getY() == 0) {x0 = x23;y0 = ((y1 + y2) - (Math.pow(x2 - x0, 2) - Math.pow(x1 - x0, 2)) / (y1 - y2)) / 2;} else {double k12 = -v12.getX() / v12.getY();double k23 = -v23.getX() / v23.getY();x0 = (y23 - y12 - k23 * x23 + k12 * x12) / (k12 - k23);y0 = (x0 - x12) * k12 + y12;}double R = Math.sqrt(Math.pow((x1 - x0), 2) + Math.pow((y1 - y0), 2));return R;}}。
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N
.
如 果 极 限lim 存 在, s 0 s
s
M0
s M
s
则称 lim 为曲线 在M处的曲率 . s 0 s
记作
lim
Δs 0
d . s ds
2.曲率的计算 1) 光滑曲线 为
2 t y 2 t 0. 若x(t )和y(t )二阶可导且 x
则曲线在点M的曲率为
x x(t ), t . y y(t );
Байду номын сангаас
y x y x
2 x y
3 2 2
3、曲率圆与曲率半径
定义 设曲线 y f ( x ) 在点
M ( x , y ) 处的曲率为k ( k 0). 在点 M 处的曲线的法线上 , 在凹的一侧取一点D, 使 DM
第八节 平面曲线的曲率 曲率的概念 曲率的计算 曲率圆与曲率半径
1.曲率的定义
曲线的弯曲程度：与切线的转角成正比 与曲线的弧长成反比
1
M2
M1
2
S 2
M3
M
S1
N
M
S1
S 2 N
弧段弯曲程度
转角相同弧段越
越大转角越大
短弯曲程度越大
M处的切向量与 N 处的切向量的夹角 , 绕过的弧长为 s。
y
D 1 k
M
y f (x)
o 1 . 以 D 为圆心, 为半径 k 作圆(如图), 称此圆为曲线在点M 处的曲率圆.
x
D 曲率中心,
曲率半径.
注意: 1.曲线上一点处的曲率半径与曲线在该点处的 曲率互为倒数. 1 1 即 ,k . k 2.曲线上一点处的曲率半径越大,曲线在该点 处的曲率越小(曲线越平坦);曲率半径越小,曲 率越大(曲线越弯曲).