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微分几何

第二章曲线论

§2.5.1曲线论基本定理

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问题导入

.

已知曲线的不变量:弧长、曲率、挠率.

与坐标系取法及保持定向的参数无关,在空间的刚体运动

下,弧长、曲率、挠率保持不变.

反之,这三个量是否构成曲线的完备不变量系统?

对确定空间曲线的形状是否足够?

一、唯一性定理

.

3

C:rr(s),C:rr(s)Es

定理5.1(唯一性定理)设111222是中两条以弧长为

s[0,l]

参数的正则曲线,.如果它们的曲率处处不为零,且有相同的曲率函

(s)(s)(s)(s)E3

数和挠率函数,即12,12,则有中的一个刚体运动

将变成C.

C12

结合存在性定理推得:弧长、曲率、挠率是曲线的不变量全组.

即在不计刚体运动下,曲线完全由弧长、曲率和挠率所决定.

一、唯一性定理

3

ECs0

证明选取中的刚体运动将在处的Frennet标架

2

r(0);(0),(0),(0)r(0);(0),(0),(0),

变成在处的Frenent标架

2222Cs01111

1

CCCrr(s),

则这个刚体运动将变为正则曲线,设的弧长参数方程为33

233

CC

由于在刚体运动下,弧长、曲率、挠率保持不变,与也有相同的曲

13

率和挠率函数:

(s)(s)(s)(s)

13,13

且在s0处它们有相同的Frenet标架:

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