弧长公式推导过程,弧长公式的推导方程式

首页 > 经验 > 作者:YD1662024-03-22 15:47:32

这与前面的结果相同,故,最终的弧长也和前面完全一样。


实际上,对于任何光滑流形 M 中的任何光滑曲线f: ℝ→M 的弧长s的计算,都可以 推导 出公式 :

弧长公式推导过程,弧长公式的推导方程式(9)

所以,问题的关键是:

这样就将,流形中任意两点间的任意弧长的度量问题,转变为,对于切空间中切向量长度的度量问题。也即是说,我们只需要在切空间中定义切向量h的度量ǁhǁ,就可以通过 ⑴,在流形中诱导出弧长度量。而根据《矢量分析》的知识知道:

弧长公式推导过程,弧长公式的推导方程式(10)

因此,最终的关键是,要给M的每个点x对应的切空间TMₓ 定义一个内积 <⋅, ⋅>,更具体地说,我们需要定义一个从M到全体内积的光滑映射g,对于每个 x∈M,有 g(x) = <⋅, ⋅>:TMₓ×TMₓ→ℝ,而由《高等代数》的知识知道,<⋅, ⋅> 是TMₓ 上的二重线性函数,并且必须满足:

这个映射g就是大名鼎鼎的黎曼度量(riemannian metric),定义了黎曼度量的光滑流形称为黎曼流形(riemannian manifold)。

弧长公式推导过程,弧长公式的推导方程式(11)

图2:黎曼度量

我们知道线代空间加入内积就变成了内积空间,实际上所谓加入黎曼度量,就是以光滑的逐点方式,让流形上的每个切空间变成内积空间的过程。


内积可以很多,我们熟悉的的向量点乘:

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