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证明:(1)证明:正螺面M:x(u,v)=(vcosu,vsinu,bu) (0≤u≤2π,一∞<v<+∞)的渐近曲线就是它上面
证明:正螺面M:x(u,v)=(vcosu,vsinu,bu) (0≤u≤2π,一∞<v<+∞)的渐近曲线就是它上面的直母线与圆柱螺线.
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参考解答
正确答案:证法1 (参阅例1.2.3、例2.7.8与习题2.7.7)正螺面上圆柱螺线的主法线为直母线.正螺面为圆柱螺线的主法线曲面.从而圆柱螺线的密切平面重合于正螺面的切平面.根据定理2.4.5圆柱螺线为渐近曲线.再根据定理2.4.4正螺面上的直线必为渐近线故直母线为渐近线.证法2从定义2.4.3知渐近曲线满足微分方程:Ldu2+2Mdudv+Ndv2=0.再从例2.7.8得到正螺面的第2基本形式的系数为因此上述渐近曲线的微分方程就成为Mdudv=0 即 dudv=0.由此推得坐标线必满足dudv=0故它们为渐近曲线.从而正螺面的直母线与圆柱螺线必为渐近曲线.注但是习题2.4.7中满足dudv=0的光滑曲线未必只有u=常数或v=常数.如:
如果x(uv)为光滑正则曲面(u(t)v(t))为参数平面上的光滑曲线t∈(ab)则x(u(t)u(t))为该曲面上的光滑正则曲线
由此当t∈(ab)且dudv=0时U1={t∈(ab)|ut'≠0 U2={t∈(ab)|vt'≠0为(ab)中不相交的开集且(ab)=U1UU2从(ab)连通立知U1=∮U2=(ab)此时ut'≡0u=常数(v曲线);或者U2=∮U1=(ab)此时vt'≡0vt'=常数(u曲线).因此正螺面上正则光滑曲线x(u(t)v(t))为渐近曲线它必为参数曲线即直母线与圆柱螺线.
证法1(参阅例1.2.3、例2.7.8与习题2.7.7)正螺面上圆柱螺线的主法线为直母线.正螺面为圆柱螺线的主法线曲面.从而,圆柱螺线的密切平面重合于正螺面的切平面.根据定理2.4.5,圆柱螺线为渐近曲线.再根据定理2.4.4,正螺面上的直线必为渐近线,故直母线为渐近线.证法2从定义2.4.3知,渐近曲线满足微分方程:Ldu2+2Mdudv+Ndv2=0.再从例2.7.8得到正螺面的第2基本形式的系数为因此,上述渐近曲线的微分方程就成为Mdudv=0,即dudv=0.由此推得坐标线必满足dudv=0,故它们为渐近曲线.从而,正螺面的直母线与圆柱螺线必为渐近曲线.注但是,习题2.4.7中满足dudv=0的光滑曲线未必只有u=常数或v=常数.如:如果x(u,v)为光滑正则曲面,(u(t),v(t))为参数平面上的光滑曲线,t∈(a,b),则x(u(t),u(t))为该曲面上的光滑正则曲线由此,当t∈(a,b),且dudv=0时,U1={t∈(a,b)|ut'≠0,U2={t∈(a,b)|vt'≠0为(a,b)中不相交的开集,且(a,b)=U1UU2从(a,b)连通立知U1=∮,U2=(a,b),此时ut'≡0,u=常数(v曲线);或者U2=∮,U1=(a,b),此时vt'≡0,vt'=常数(u曲线).因此,正螺面上正则光滑曲线x(u(t),v(t))为渐近曲线,它必为参数曲线,即直母线与圆柱螺线.
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