Русская Википедия:Длина кривой

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Файл:Ellipse arc length approximation.gif
Приближение длины дуги эллипса с помощью ломаных

Длина́ криво́й (или, что то же, длина́ дуги́ криво́й) — числовая характеристика протяжённости этой кривой[1]. Исторически вычисление длины кривой называлось спрямлением кривой (от Шаблон:Lang-lat, спрямление).

Определение

Для евклидова пространства длина отрезка кривой определяется как точная верхняя грань длин вписанных в кривую ломаных.

Файл:Arclength.svg
Приближение кривой ломаными

Например, пусть непрерывная кривая <math>\gamma</math> в трёхмерном пространстве задана параметрически:

где <math>a \leqslant t \leqslant b</math>, все три функции непрерывны и нет кратных точек, то есть разным значениям <math>t</math> соответствуют разные точки кривой. Построим всевозможные разбиения параметрического интервала <math>[a,b]</math> на <math>m</math> отрезков: <math>a=t_0<t_1<\dots<t_m=b</math>. Соединение точек кривой <math>\gamma(t_0), \dots, \gamma(t_m)</math> отрезками прямых даёт ломаную линию. Тогда длина отрезка кривой определяется как точная верхняя грань суммарных длин всех таких ломаныхШаблон:Sfn.

Файл:Cycloid arc length.gif
Длина дуги циклоиды (Шаблон:Math) в зависимости от её параметра (Шаблон:Math)

Связанные определения

  • Всякая кривая имеет длину, конечную или бесконечную. Если длина кривой конечна, то говорят, что кривая спрямляемая, в противном случае — неспрямляемая. Снежинка Коха — классический пример ограниченной, но неспрямляемой кривой; более того, любая, сколь угодно малая её дуга неспрямляемаШаблон:Sfn.
  • Параметризация кривой длиной её дуги называется естественной.
  • Кривая есть частный случай функции из отрезка в пространство. Вариация функции, определяемая в математическом анализе, является обобщением длины кривой (см. ниже).

Свойства

Шаблон:EF\,dt</math>,

где <math>g_{ij}</math> — метрический тензор. Пример: кривая на поверхности в <math>\mathbb{R}^3</math>.

Общее метрическое пространство

В более общем случае произвольного метрического пространства <math>(X,\rho)</math> длиной <math>S</math> кривой называется вариация задающего кривую отображения, то есть длина кривой <math>\gamma:[a,b]\to X</math> определяется согласно формуле:

<math>s=\sup \sum\limits_{k=0}^m \rho(\gamma(x_{k+1}),\gamma(x_k)),</math>

где верхняя грань берётся, как и ранее, по всем разбиениям <math>a=x_0<x_1<\dots<x_m=b</math> отрезка <math>[a,b]</math>.

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Шаблон:Кривые