高等数学导数应用(三)曲率.ppt

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1、第六章一元微积分的应用本章学习要求：熟练掌握求函数的极值、最大最小值、判断函数的单调性、判断函数的凸凹性以及求函数拐点的方法。能运用函数的单调性、凸凹性证明不等式。掌握建立与导数和微分有关的数学模型的方法。能熟练求解相关变化率和最大、最小值的应用问题。知道平面曲线的弧微分、曲率和曲率半径的概念，并能计算平面曲线的弧微分、曲率、曲率半径和曲率中心。第六章导数的应用第五节平面曲线的曲率一、曲率的概念二、曲率的计算公式三、参数方程下曲率的计算公式四、曲率圆、曲率中心我们已经讨论过曲线的凹凸性,知道如判定曲线的弯曲程度.而在许多实际问题中何判断曲线的弯曲方向,但是还

2、不能描述和都必须考虑曲线的弯曲程度,例如,道路的弯道设计,梁的弯曲程度,曲线形的切削工具的设计等等.你认为应该如何描述曲线的弯曲程度?单位弧长上的转角︵一、曲率的概念例1解求半径为R的圆上任意一点处的曲率.如图所示,在圆上任取一点M,则︵故即圆上点的曲率处处相同：半径越小的圆,弯曲得越厉害.设曲线方程为则在曲线上点处的曲率为二、曲率的计算公式证如图所示,曲线在故又从而例2解直线上任意一点处的曲率均为零.俗话说,直线不弯曲.例3解哪一点曲率最大,哪一点曲率最小.利用参数方程求导法求出故得驻点故在各象限中++ⅣⅢⅡⅠ由此可得:将它们代入曲率计算公式中即可得：三、

3、参数方程下曲率的计算公式例4解会出现导数的分母为零的情形,相同,对称,故原问题可以转为求曲线图形关于在有些实际问题中,现在问你一下:(假设单位是统一的)如果告诉你一条曲线在点M处的曲率为你能想象出它的弯曲程度吗？如果告诉你有一个半径为5的圆,你能想象出该圆上任何一点处的弯曲程度吗？由此及前面讲的例题1,你有什么想法？曲率圆曲率半径曲率中心处可用一个相应的圆来描述曲线的弯曲程度作其法线,在法线指向曲线凹向的一侧上取一点Q,使以Q为中心,R为半径所作的圆称为曲线在点M处的曲率圆,圆心Q称为曲率中心,R称为曲率半径.三、曲率圆、曲率中心曲率圆与曲线在点M处相切,且

4、在点M处两者曲率相同.曲率圆与曲线在点M处具有相同的一、二阶导数.当讨论曲线在点M处与一、二阶导数有关的局部性质时,可以通过讨论其相应的曲率圆的局部性质来实现.曲率圆的性质则曲线在点曲率中心的坐标证则曲线在点由于故有其斜率为曲线在点M处切线的斜率为从而,有(1)(2)由(1),(2)两式消去由于曲率圆总是位于曲线凹向的一侧,所以故对上式两边开方得由(2)式,得画画图更清楚例5解曲率半径、曲率中心和曲率圆方程.曲率中心为曲率圆的方程为谢谢观看