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Derivar las ecuaciones de Frenet

Estaba buscando una derivación de la Ecuaciones de Frenet . He estado siguiendo este referencia pero he tenido problemas para entender esta declaración (encontrada antes de Ec. $(2.19)$ ):

Cuando r' ( $s+\Delta s$ ) se traslada de $Q$ a $P$ entonces r' ( $s$ ), r' ( $s+\Delta s$ ) y r' ( $s+\Delta s$ )- r' ( $s$ ) forman un triángulo isósceles, ya que r' ( $s+\Delta s$ ) y r' ( $s$ ) son vectores tangentes unitarios. Por lo tanto, tenemos $|\textbf{r}'(s+\Delta s)-\textbf{r}'(s)|=\Delta \theta \cdot 1=\Delta \theta=|\textbf{r}''(s)\Delta s| $ como $\Delta s \to 0$ [...]

Mi problema es entender la última cadena: Me refiero a cómo puedo demostrar matemáticamente que $|\textbf{r}'(s+\Delta s)-\textbf{r}'(s)|=\Delta \theta \cdot 1=\Delta \theta$ . ¿Es esto tomado de la propiedad del producto punto: $$|\textbf{a}-\textbf{b}|^2=a^2+b^2 + 2 ab \cos(\theta),$$ suponiendo que $\textbf{a}$ y $\textbf{b}$ son vectores unitarios y tomando el ángulo entre los vectores aproximadamente cero, así Taylor expande el coseno a segundo orden?

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John Hughes Puntos 27780

Has escrito un poco mal las cosas en cada lugar donde tienes $|r'(s + \Delta s) - r'(s + \Delta s)|$ , deberías tener $|r'(s + \Delta s) - r'(s)|$ Sospecho que se trata de un error de corte y pegado.

La afirmación que hacen los autores - que el vector de diferencia es IGUAL a $\Delta \theta \cdot 1$ -- es falso. Pero lo que es cierto es que si tienes un arco de círculo unitario que subtiende el ángulo $\Delta \theta$ entonces la longitud del arco es también $\Delta \theta$ De modo que la flecha más a la derecha de la Figura 2.4 a la que te refieres (la que apunta al SE) tiene una longitud que es APROXIMADAMENTE la misma que la longitud de un arco de círculo entre sus dos extremos. Como $\Delta \theta$ se hace pequeña, esta aproximación es cada vez mejor (básicamente, es la aproximación $\sin x \approx x$ para los pequeños $x$ ), por lo que el resto del argumento es válido.

Tengo que decir que un vistazo rápido a esa página no me da mucha confianza. Tal vez quieras mirar el libro de Barrett O'Neill, "Elementary Differential Geometry", o el de Millman y Parker, que es un poco más sofisticado, o el de doCarmo, que se sitúa en un punto intermedio.

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