微分几何试题库Word下载.docx
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13、每一个保角变换一定是等距变换(×
14、空间曲线的形状由曲率与挠率唯一确定.(√)
15、坐标曲线网是正交网的充要条件是,这里是第一基本量.(√)
二、填空题
16、曲面上的一个坐标网,其中一族是测地线
17、螺旋线x=2cost,y=2sint,z=2t,在点(1,0,0)的法平面是___y+z=0,.
18.设给出类曲线:
则其弧长可表示为
19、已知,,则,,,,。
20、曲面的在曲线,如果它上面每一点的切点方向都是渐近方向,则称为渐进曲线。
21、旋转面r={},他的坐标网是否为正交的?
____是_____(填“是”或“不是”).
22、过点平行于法方向的直线叫做曲面在该点的_____法线_____线.
23.任何两个向量的数量积
24、保持曲面上任意曲线的长度不便的变称为____等距(保长)变换__.
25、圆柱螺线的曲率和挠率都是_____常数____数(填“常数”或“非常数”).
26.若曲线(c)用自然参数表示,则曲线(c)在点的密切平面的方程是
27.曲线的基本三棱形由三个基本向量和密切平面、法平面、从切平面
28.杜邦指标线的方程为
29、已知曲面,,,则它的第一基本形式为,第二基本形式为,高斯曲率,平均曲率0,点处沿方向的法曲率,点处的两个主曲率分别为。
30、(Cohn-Voeeen定理)两个卵形面之间如果存在一个保长映射,则这个映射一定是R中的合同或对称。
31、球面上正规闭曲线的全挠率等于零。
32.一个曲面为可展曲面的充分必要条件为此曲面为单参数平面族的包络
三、综合题
33.求曲线在原点的密切平面,法平面,切线方程。
解:
在原点处
在原点处切平面的方程为:
即
法平面的方程为:
切线方程为
34、求曲面的渐近曲线。
解设
则,,
,,
因渐近曲线的微分方程为
即或
渐近曲线为或
35.求双曲抛物面的第一基本形式
解:
36.计算球面的第二基本形式.
由此得到
=
又由于
所以
因而得到
37.如果曲面的第一基本形式计算第二类克力斯托费尔符号.
因为
,
38、已知曲面的第一基本形式为,,求坐标曲线的测地曲率。
解,,,
u-线的测地曲率
v-线的测地曲率
39、问曲面上曲线的切向量沿曲线本身平行移动的充要条件是曲面上的
曲线是测地线吗?
为什么?
答:
曲面上曲线的切向量沿曲线本身平行移动的充要条件是曲面上的
曲线是测地线.
事实上,设,则的切向量为
记 ,,,
则曲线的切向量沿平行移动
为测地线
40.求证在正螺面上有一族渐近线是直线,另一族是螺旋线.
因为
由于所以,正螺面的曲纹坐标网是渐进网,则一族渐近线是
这是螺旋线,另一族渐近线是
这是直线.
41、设空间两条曲线和的曲率处处不为零,若曲线和可以建立一一
对应,且在对应点的主法线互相平行,求证曲线和在对应点的切线夹固定角.
证设,,则由知,
从而,,
,即
这表明曲线和在对应点的切线夹固定角.
42、证明具有固定方向的充要条件是
证明:
必要性设(为常单位向量),则
所以
充分性:
(为单位向量函数),则
因为,当,从而有
即,因为(根据),因此即为常向量,所以
有固定方向
43、给出曲面上一条曲率线,设上每一点处的副法向量和曲面在该点的
法向量成定角.求证是一条平面曲线.
证设,,其中是的自然参数,记
,则,两边求导,得,
由为曲率线知,即,因此.
若,则为平面曲线;
若,则因为曲面上的一条曲率线,故.而
,所以,即为常向量.于是为平面曲线.
44、求圆柱螺线在处的切线方程。
解
时,有
所以切线的方程为
即
如果用坐标表示,则得切线方程为
45、求双曲螺线从t=0起计算的弧长。
从t=0起计算的弧长为
=
46、求球面
由
由此得到曲面的第一类基本量
因而
47、曲面上一点(非脐点)的主曲率是曲面在点所有方向在法曲率中的最大值和最小值。
证明设
于是
因此
同样又可以得到
由此
这就是说,主曲率是法曲率的最大值和最小值。
48、曲面的第一基本形式为。
求证:
(1)u-曲线是测地线;
(2)v-曲线是测地线,当且仅当
证明:
得到
代入刘维尔公式得
因此得到。
(2)若曲线为测地线,由
,
49、中全体合同变换构成一个群,称为空间合同变换群。
证明:
(1)空间两个合同变换的组合还是一个空间合同变换;
(2)空间三个合同变换的组合满足合里律;
(3)恒同变换与空间任何合同变换T的组合因此I对于空间合同变换的组合来说是单位元素;
(4)空间任何合同变换一定有逆变换,而且这个逆变换还是空间合同变换。
50、沿曲线面上一条曲线平行移动时,保持向量的内积不变。
沿曲线(C)给出两个平行的向量场,在曲面上取正交坐标网()
51、设曲线是具有周期的闭的正规平面曲线,如果把参数换成自然参数,则它的周期是L的闭曲线的周长.
证明
我们得到
s,
所以有
.
52、对于空间简单的、正规闭曲线,至少存在一条切线与给定的方向正交.
证明取为坐标系的轴方向.设曲线的自然参数表示是
因而单位切向量为
.
根据微积分中值定理,存在
但是
这表示方向正交。
53、单位球面上的曲线,若则
其中.
证明设单位球面上的曲线
从而有
=0,
1+
由上式得
利用伏雷内公式,化简后得
-=0.
若令
则有
=0.
但是单位球面上曲线的法曲率
.
因此当
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