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当前位置:电子发烧友网 > 图书频道 > 电子 > 《高等数学》 > 第3章 中值定理

第3节 曲率与方程的近似解法

3.3.1 曲率的概念

来源:为了平衡曲线的弯曲程度。

平均曲率,这个定义描述了AB曲线上的平均弯曲程度。其中表示曲线段AB上切线变化的角度,为AB弧长。

例:对于圆,。所以:圆周的曲率为,是常数。

而直线上,所以,即直线“不弯曲”。

对于一个点,如A点,为精确刻画此点处曲线的弯曲程度,可令,即定义,为了方便使用,一般令曲率为正数,即:

3.3.2 计算公式的推导:

由于,所以要推导与ds的表示法,ds称为曲线弧长的微分(T5-28,P218)

因为,所以

,同时用代替

所以

具体表示;

1、时,

2、时,

3、时,(令

再推导,因为,所以,两边对x求导,得,推出

下面将与ds代入公式中:

,即为曲率的计算公式。

3.3.3 曲率半径:

一般称为曲线在某一点的曲率半径。

几何意义(T5-29)如图为在该点做曲线的法线(在凹的一侧),在法线上取圆心,以ρ为半径做圆,则此圆称为该点处的曲率圆。曲率圆与该点有相同的曲率,切线及一阶、两阶稻树。

应用举例:求上任一点的曲率及曲率半径(T5-30)

解:由于:

所以:

3.3.4方程的近似解法

方程,则应满足:

(1)在[a,b]连续,不同号。

(2)在(a,b)内连续且不变号。

(3)在(a,b)内连续且不变号。

3.3.5 应用步骤:

首先:判断方程是否满足应用前提,先对端点a,b求,取与同号的一点为起点。过起点做的切线,交x轴与

然后:过()做的切线,交x轴与

以次类推,直到满足精度要求。

3.3.6 应用举例:

求:在[1,2]内的根,误差

解:令,有:

所以可应用上述方法,求得:

由于,所以误差范围内的近似解为

3.3.7 两点说明:

  1. 前提条件的作用:

    第一个条件显然是为了保证区间上解的存在性。

    第二、第三个条件是为了保证各步迭代后,得到的交点仍落在区间上的

  2. 迭代公式: 设第n步后的交点为,所以下一步过()做的切线,写出其方程就是:,它与X轴交点为,这就是迭代公式。