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平均曲率


kappa_1kappa_2主曲率,則它們的平均值

 H=1/2(kappa_1+kappa_2)
(1)

稱為平均曲率。設 R_1R_2 為對應於主曲率的半徑,則平均曲率 H倒數調和平均數倒數給出,

 H=1/2(1/(R_1)+1/(R_2))=(R_1+R_2)/(2R_1R_2).
(2)

高斯曲率 K 表示,

 H=1/2(R_1+R_2)K.
(3)

R^3 中,正則曲面在點 p 處的平均曲率正式定義為

 H(p)=1/2Tr(S(p)),
(4)

其中 S形狀運算元Tr(S) 表示矩陣的跡。對於具有 z=h(u,v)蒙日 patch

 H=((1+h_v^2)h_(uu)-2h_uh_vh_(uv)+(1+h_u^2)h_(vv))/(2(1+h_u^2+h_v^2)^(3/2))
(5)

(Gray 1997, 第 399 頁)。

如果 x:U->R^3正則 patch,則平均曲率由下式給出

 H=(eG-2fF+gE)/(2(EG-F^2)),
(6)

其中 EFG 是第一基本形式的係數,efg 是第二基本形式的係數(Gray 1997, 第 377 頁)。它也可以寫成

 H=(det(x_(uu)x_ux_v)|x_v|^2-2det(x_(uv)x_ux_v)(x_u·x_v))/(2[|x_u|^2|x_v|^2-(x_u·x_v)^2]^(3/2)) 
 +(det(x_(vv)x_ux_v)|x_u|^2)/(2[|x_u|^2|x_v|^2-(x_u·x_v)^2]^(3/2))
(7)

Gray (1997, 第 380 頁)。

高斯曲率和平均曲率滿足

 H^2>=K,
(8)

僅在臍點處等號成立,因為

 H^2-K=1/4(kappa_1-kappa_2)^2.
(9)

如果 p正則曲面 M subset R^3 上的一個點,並且 v_(p)w_(p)Mp 處的切向量,那麼 Mp 處的平均曲率與形狀運算元 S 的關係為

 S(v_(p))xw_(p)+v_(p)xS(w_(p))=2H(p)v_(p)xw_(p).
(10)

ZM 上的一個非零向量場,它處處垂直M,並設 VWM 的切向量場,使得 VxW=Z,則

 H=-(Z·(D_VZxW+VxD_WZ))/(2|Z|^3)
(11)

(Gray 1997, 第 410 頁)。

Wente(1985, 1986, 1987)發現了一個具有恆定平均曲率的非球面有限曲面,該曲面由自相交的三葉環形曲面組成。存在一族這樣的曲面。


另請參閱

高斯曲率, 拉格朗日方程, 極小曲面, 主曲率, 形狀運算元 在 課堂中探索此主題

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參考文獻

Gray, A. "The Gaussian and Mean Curvatures." §16.5 in Modern Differential Geometry of Curves and Surfaces with Mathematica, 2nd ed. Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 373-380, 1997.Isenberg, C. The Science of Soap Films and Soap Bubbles. New York: Dover, p. 108, 1992.Peterson, I. The Mathematical Tourist: Snapshots of Modern Mathematics. New York: W. H. Freeman, pp. 69-70, 1988.Schmidt, N. "GANG | Constant Mean Curvature Surfaces." http://www.gang.umass.edu/gallery/cmc/.Wente, H. C. "A Counterexample in 3-Space to a Conjecture of H. Hopf." In Workshop Bonn 1984, Proceedings of the 25th Mathematical Workshop Held at the Max-Planck Institut für Mathematik, Bonn, June 15-22, 1984 (Ed. F. Hirzebruch, J. Schwermer, and S. Suter). New York: Springer-Verlag, pp. 421-429, 1985.Wente, H. C. "Counterexample to a Conjecture of H. Hopf." Pac. J. Math. 121, 193-243, 1986.Wente, H. C. "Immersed Tori of Constant Mean Curvature in R^3." In Variational Methods for Free Surface Interfaces, Proceedings of a Conference Held in Menlo Park, CA, Sept. 7-12, 1985 (Ed. P. Concus and R. Finn). New York: Springer-Verlag, pp. 13-24, 1987.

在 中被引用

平均曲率

請引用為

Weisstein, Eric W. "平均曲率。" 來自 Web 資源。 https://mathworld.tw/MeanCurvature.html

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