曲率計算公式推導

曲率半徑公式推導

        曲率(k):描述曲線下降長度隨角度變化，${\rm{k}} = \mathop {\lim }\limits_{\alpha  \to 0} \left| {\frac{{\Delta \alpha }}{{\Delta s}}} \right|$

$R = \frac{1}{k} = \frac{{{{\left[ {1 + {{\left( {\frac{{dy}}{{dx}}} \right)}^2}} \right]}^{\frac{3}{2}}}}}{{\frac{{{d^2}y}}{{d{x^2}}}}} = \frac{{{{\left[ {1 + {{\left( {f'} \right)}^2}} \right]}^{\frac{3}{2}}}}}{{f''}}$   （1）

曲率半徑計算公式

推導過程

1. 曲線上某點的曲率半徑是該點的密切圓的半徑，在$\mathop {\lim }\limits_{\Delta {\rm{s}} \to 0} \frac{{\Delta \alpha }}{{\Delta s}} = \frac{{d\alpha }}{{ds}}$存在的條件下，${\rm{k}} = \left| {\frac{{d\alpha }}{{ds}}} \right|$。
2. 設曲線的方程為y=f(x)，且f(x)具有二階導數。因為tanα = y’(設-$\pi $/2<α<$\pi $/2)，所以

a=arctany’

$\frac{{{\rm{d}}\alpha }}{{dx}} = {\left( {{\rm{arctany'}}} \right)^\prime }$

\[d\alpha  = {\left( {\arctan y'} \right)^\prime }dx = \frac{{y''}}{{1 + {{y'}^2}}}dx\]

或者

sec²αdα=y''dx，

${\rm{d}}\alpha  = \frac{{y''}}{{se{c^2}\alpha }}dx = \frac{{y''}}{{1 + ta{n^2}\alpha }}dx = \frac{{y''}}{{1 + {y^{'2}}}}dx$

        3. 因為 ${\rm{ds}} = \sqrt {1 + {y^{'2}}} {\rm{dx}}$(密切圓面積求導)，從而得到曲率公式${\rm{k}} = \frac{{f''}}{{{{\left[ {1 + {{\left( {f'} \right)}^2}} \right]}^{\frac{3}{2}}}}}$。

 

參考鏈接：https://jingyan.baidu.com/album/7f41ecec213a10593d095c26.html?picindex=4 

 

 

【 結束 】