【微分几何】圆柱面上的测地线

 时间:2024-11-09 09:21:09

由于癣嗡赧箬圆柱面可以展开为平面,所以圆柱面上的测地线,就相当于展开面上的直线。需要指出,如果把圆柱体的参数方程写成下诹鬃蛭镲面的形式:r[{u_,v_}]:={Cos[v],Sin[v],u};那么相应的uv平面恰好就是展开面,因此圆柱面展开前后,点的曲纹坐标保持不变。这时候,测地线还是比较容易确定的。

工具/原料

电脑

Mathematica

方法/步骤

1、在圆柱面上面给定两个点A和B,其曲纹坐标如下:A={2,3};B={5,3};这两个点的连线,在uv平面上与坐标轴平行。

【微分几何】圆柱面上的测地线

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2、圆柱面上,经过A和B的测地线的参数方程就是r[{u,3}](这是一条直线),这条测地线在uv平面上的参数方程是{u,3}。

【微分几何】圆柱面上的测地线

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3、如果B的曲纹坐标改为:B={2,5};那么经过A和B的测地线就是一个圆,其在uv平面上还是直线。

【微分几何】圆柱面上的测地线

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4、B={1,5};此时A和B在uv平面上的连线,与坐标轴不平行。

【微分几何】圆柱面上的测地线

5、上面图中的直线的参数方旯皱镢涛程,可以写为:k={u,(A-B)[[2]]/(A-B)[[1]](u-(A[[1]]))+(A[[2]])}因此可以画出圆柱面上,经过A和B鹚兢尖睁的测地线:r[k]这是一条螺旋线。

【微分几何】圆柱面上的测地线

6、如果A={0,0};B={5,5};那么用上述方法画出的螺旋线不是测地线。

【微分几何】圆柱面上的测地线

7、此时,真正的测地线是下图的红色螺旋线,在uv平面上表现为另一条直线。.特别需要注意,uv平面上的两个不同的点,在圆柱面上有相同的位置,但是它们的曲纹坐标是不相同的,这是周期性在起作用。

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