Русская Википедия:Первая квадратичная форма

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Первая квадратичная форма (или первая фундаментальная форма или метрический тензор) поверхностиквадратичная форма на касательном расслоении поверхности, которая определяет внутреннюю геометрию поверхности в окрестности данной точки. Первая квадратичная форма часто обозначается <math>\mathrm{I}</math>.

Знание первой квадратичной формы достаточно для вычисления гауссовой кривизны поверхности, а также для вычисления длин дуг, углов между кривыми и площади областей на поверхности.

Определение

Пусть в евклидовом пространстве со скалярным произведением <math>\langle \cdot, \cdot \rangle</math> поверхность задана уравнением <math>r = r (u, v),</math> где <math>u</math> и <math>v</math> ― внутренние координаты на поверхности; <math>dr= r_u du + r_v dv</math> ― дифференциал радиус-вектора <math>r</math> вдоль выбранного направления смещения из точки <math>M</math> в бесконечно близкую точку <math>M'</math>. (Здесь <math>r_u</math> и <math>r_v</math> — частные производные радиус-вектора <math>r</math> по <math>u</math> и по <math>v</math> соответственно.) Тогда квадрат главной части приращения длины <math>|MM'|</math> выражается квадратом дифференциала <math>dr</math>:

<math>\mathrm{I} = (dr)^2 = \langle r_u, r_u\rangle du^2+2\langle r_u, r_v\rangle du dv + \langle r_v, r_v\rangle dv^2</math>

и называется первой квадратичной формой поверхности.

Коэффициенты первой квадратичной формы обычно обозначают через

<math>E =|r_u|^2, \ F = \langle r_u, r_v\rangle, \ G=|r_v|^2</math>

или, в тензорных символах,

<math>\mathrm{I} = dr^2 = g_{1,1}du^2+2g_{1,2} du dv+g_{2,2}dv^2.</math>

Тензор <math>g_{i,j}</math> называется основным, или метрическим, тензором поверхности.

Свойства

  • Первая квадратичная форма является положительно определенной формой в обыкновенных точках поверхности; в частности
    <math>EG - F^2 > 0.</math>

См. также

Литература