Diaforikh gewmetria
-
Upload
paraskevoula-oustampasidou -
Category
Documents
-
view
62 -
download
4
Transcript of Diaforikh gewmetria
Διδασκων Τσαπογας Γεωργιος
Διαφορικη Γεωμετρια
Προχειρες Σημειωσεις
Πανεπιστήμιο Αιγαίου
Τμήμα Μαθηματικών
Σάμος Εαρινό Εξάμηνο
στοιχεοθεσια Ξενιτιδης ΚλεανθηςLATEX2ε
σχεδια Diamathematica 52
ημερομηνια Μαρτιου
Περιεχομενα
1 Καμπύλες 3
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες 312 Κανονικές Καμπύλες 5
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 713 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο) 1014 Τοπική Θεωρία Καμπυλών 13
14αʹ Επίπεδο Κίνησης 1414βʹ Ανακεφαλαίωση 1714γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 18
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα 21
2 Επιφάνειες στον R325
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μεταβλητών 2521αʹ Κανόνας Αλυσίδας 25
22 Κανονικές Επιφάνειες 3022αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες 3322βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 39
Αʹ Σχήματα Σχεδιασμένα στο Mathematica 52 43
Βιβλιογραφία 55
Ευρετήριο 57
v
Καταλογος Σχηματων
11 έλικας 312 η καμπύλη α(t) = (et eminust 2t) 413 η καμπύλη α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) 414 οι καμπύλες (cos(t) sin(t)) και (cos(2t) sin(2t)) 415 η καμπύλη α(t) = (t t3) 616 κυκλοειδές 717 μεγένθυση κυκλοειδούς 718 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας 819 λογαριθμικός έλικας 9110 η μικρότερη καμπύλη που ενώνει δύο σημεία 10111 το διάνυσμα utimes v 12112 παράλληλες ευθείες στον R3 13113 ρυθμός μεταβολής εφαπτόμενης ευθείας 13114 κύριο κάθετο διάνυσμα 15115 επίπεδο κίνησης μίας καμπύλης 15
116 οι καμπύλες (t 0 eminus1t2 ) και (t eminus
1t2 0) 16
117 παράδειγμα στο θεμελιώδες θ τοπικής θεωρίας καμπυλών 17118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο 19
119 η καμπύλη ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2) 19
120 θεώρημα Green 21121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L 22
21 η μπάλα B(ρ δ) 2822 (ex cos(y) ex sin(y)) 2923 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου 3024 το σημείο q στην κανονική βάση 30
vii
viii 0 middot Καταλογος Σχηματων
25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημι-
σφαίριο της S2 3226 κάλυψη της σφαίρας S2 3227 σφαιρικές συντεταγμένες 3328 η σφαίρα S2
με τα επίπεδα y = 0 και z = 0 3429 παράδειγμα κρίσιμων και κανονικών τιμών 35210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W 36211 το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 37212 τόρος 37213 zoom τόρου 38214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1 40
Κεφαλαιο 1
Καμπυλες
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες
Ορισμός 111 Μία συνάρτηση g I rarr R I sube R (Ιυποδιάστημα) θαλέγεται διαφορίσιμη ή λεία αν έχει παραγώγους κάθε τάξεως
Ορισμός 112 Μια παραμετρικοποιημένη καμπύλη ή καμπύλη
με παραμέτρηση είναι μία λεία συνάρτηση α I rarr R3(I sube R) (Ι ανοιχτόυποδιάστημα του R)
Η λέξη λεία στον παραπάνω ορισμό σημαίνει ότι η α απεικονίζει το σημείο tστο α(t) = (x(t) y(t) z(t)) με τρόπο ώστε οι απεικονίσεις trarr x(t) trarr y(t)και trarr z(t) να είναι λείες
Η μεταβλητή t isin I ονομάζεται παράμετρος Το διάνυσμα αprime(t) = (xprime(t)yprime(t) zprime(t)) ονομάζεται διάνυσμα της ταχύτητας (ή εφαπτόμενο διάνυσμα) Η
εικόνα α(I) είναι υποσύνολο του R3και ονομάζεται ίχνος της καμπύλης Υ-
πάρχουν διαφορετικές καμπύλες με το ίδιο ίχνος
παράδειγμα 11 ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (a cos(t)a sin(t) bt) a b gt 0
Το ίχνος της καμπύλης α είναι ένας έλικας πάνω στον
Σχήμα 11 έλικας
κύλινδρο ακτίνας a και άξωνα zzprime Η παράμετρος t με-τράει την γωνία που σχηματίζει η προβολή του α(t) στοxy επίπεδομε τον άξωνα 0x Η α είναι λεία (άπειρες φορέςδιαφορίσιμη)
1 middot Καμπυλες
παράδειγμα 12 ΄Εστω η καμπύλη α (minusinfininfin)rarr R3 α(t) = (et eminust 2t)
Το ίχνος της καμπύλης κείται υπεράνω του γρα-
Σχήμα 12
α(t) = (et eminust 2t)
φήματος xy = 1 με ρυθμό ανόδου (ως προς z)=2 Η α είναι λεία Το διάνυσμα ταχύτητας είναιαprime(t) = (etminuseminust 2)
παράδειγμα 13 Η α R rarr R2 α(t) = (t2 t3) είναι καμπύλη με παραμέ-τρηση Επιπλέον έχουμε αprime(0) = (2t 3t2)t=0 = (0 0)
παράδειγμα 14 Η απεικόνιση α Rrarr R2 α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) είναι
καμπύλη με παραμέτρηση που δεν είναι 1-1 Για
Σχήμα 13
α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4)
t = minus2 και t = 2 έχουμε α(2) = α(minus2) = (0 0)
παράδειγμα 15 ΄Εστω οι καμπύλες α β (0minus 114 2π + 1
14)rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) β(t) = (cos(2t) sin(2t))
Οι καμπύλες α και β έχουν το ίδιο ίχνος Το
Σχήμα 14 α(t) β(t)
ίχνος τους είναι ο κύκλος με κέντρο το (0 0) καιακτίνα 1 Ως υποσύνολα του R2
είναι ίδια αλλά ως
καμπύλες είναι διαφορετικές
12 middot Κανονικες Καμπυλες
υπενθύμιση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) isin R3τότε ορίζεται η νόρμα (μέτρο) του u ως εξής
|u| =radicu21 + u22 + u23 = απόσταση του u από το (0 0) Η νόρμα επίσης
καλείται και ευκλείδεια απόσταση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) και v = (v1 v2 v3) και ϑ isin [0 2π] η περιεχόμενη
γωνία των u και v τότε ορίζεται το εσωτερικό γινόμενο ως u middot v = |u| middot|v| middot cos(ϑ)
ιδιότητες
(i) ΄Εστω u v 6= 0 Αν u middot v = 0hArr uperpv (ϑ = π2ή
3π2
)
(ii) u middot v = v middot u
(iii) λ(v middot w) = (λ middot v) middot (w) = v middot (λ middot w)
(iv) u middot (v + w) = u middot v + u middot w
(v) Εαν eii=123 είναι η ορθοκανονική βάση του R3και u = u1e1 + u2e2 +
u3e3 χρησιμοποιώντας τις δύο προηγούμενες ιδιότητες έχουμε ότι
u middot v = u1v1 + u2v2 + u3v3
Εαν u(t) και v(t) είναι παραμετρικοποιημένες καμπύλες τότε (u middot v)(t) =u(t) middot v(t) = u1(t)v1(t) + u2(t)v2(t) + u3(t)v3(t) Και
ddt
(u(t) middot v(t)) =uprime(t)v(t) + u(t) middot vprime(t)
12 Κανονικές Καμπύλες
΄Εστω α I rarr R παραμετρικοποιημένη καμπύλη με αprime(t) = 0 για κάποιο t isin IΤότε θα υπάρχει μία μοναδικά ορισμένη ευθεία που θα περνάει από το α(t) και
περιέχει το αprime(t) Είναι σημαντικό στην διαφορική γεωμετρία η ύπαρξη αυτής
της ευθείας
Ορισμός 121 ΄Ενα σημείο t για το οποίο ισχύει αprime(t) = 0 ονομάζεταισημείο ιδιομορφίας ή ιδιάζων σημείο
Στο παράδειγμα 13 η καμπύλη έχει ιδιάζων δημείο
Ορισμός 122 Μία καμπύλη θα λέγεται κανονική αν αprime(t) 6= 0 forall t isin I
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
στοιχεοθεσια Ξενιτιδης ΚλεανθηςLATEX2ε
σχεδια Diamathematica 52
ημερομηνια Μαρτιου
Περιεχομενα
1 Καμπύλες 3
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες 312 Κανονικές Καμπύλες 5
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 713 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο) 1014 Τοπική Θεωρία Καμπυλών 13
14αʹ Επίπεδο Κίνησης 1414βʹ Ανακεφαλαίωση 1714γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 18
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα 21
2 Επιφάνειες στον R325
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μεταβλητών 2521αʹ Κανόνας Αλυσίδας 25
22 Κανονικές Επιφάνειες 3022αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες 3322βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 39
Αʹ Σχήματα Σχεδιασμένα στο Mathematica 52 43
Βιβλιογραφία 55
Ευρετήριο 57
v
Καταλογος Σχηματων
11 έλικας 312 η καμπύλη α(t) = (et eminust 2t) 413 η καμπύλη α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) 414 οι καμπύλες (cos(t) sin(t)) και (cos(2t) sin(2t)) 415 η καμπύλη α(t) = (t t3) 616 κυκλοειδές 717 μεγένθυση κυκλοειδούς 718 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας 819 λογαριθμικός έλικας 9110 η μικρότερη καμπύλη που ενώνει δύο σημεία 10111 το διάνυσμα utimes v 12112 παράλληλες ευθείες στον R3 13113 ρυθμός μεταβολής εφαπτόμενης ευθείας 13114 κύριο κάθετο διάνυσμα 15115 επίπεδο κίνησης μίας καμπύλης 15
116 οι καμπύλες (t 0 eminus1t2 ) και (t eminus
1t2 0) 16
117 παράδειγμα στο θεμελιώδες θ τοπικής θεωρίας καμπυλών 17118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο 19
119 η καμπύλη ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2) 19
120 θεώρημα Green 21121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L 22
21 η μπάλα B(ρ δ) 2822 (ex cos(y) ex sin(y)) 2923 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου 3024 το σημείο q στην κανονική βάση 30
vii
viii 0 middot Καταλογος Σχηματων
25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημι-
σφαίριο της S2 3226 κάλυψη της σφαίρας S2 3227 σφαιρικές συντεταγμένες 3328 η σφαίρα S2
με τα επίπεδα y = 0 και z = 0 3429 παράδειγμα κρίσιμων και κανονικών τιμών 35210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W 36211 το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 37212 τόρος 37213 zoom τόρου 38214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1 40
Κεφαλαιο 1
Καμπυλες
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες
Ορισμός 111 Μία συνάρτηση g I rarr R I sube R (Ιυποδιάστημα) θαλέγεται διαφορίσιμη ή λεία αν έχει παραγώγους κάθε τάξεως
Ορισμός 112 Μια παραμετρικοποιημένη καμπύλη ή καμπύλη
με παραμέτρηση είναι μία λεία συνάρτηση α I rarr R3(I sube R) (Ι ανοιχτόυποδιάστημα του R)
Η λέξη λεία στον παραπάνω ορισμό σημαίνει ότι η α απεικονίζει το σημείο tστο α(t) = (x(t) y(t) z(t)) με τρόπο ώστε οι απεικονίσεις trarr x(t) trarr y(t)και trarr z(t) να είναι λείες
Η μεταβλητή t isin I ονομάζεται παράμετρος Το διάνυσμα αprime(t) = (xprime(t)yprime(t) zprime(t)) ονομάζεται διάνυσμα της ταχύτητας (ή εφαπτόμενο διάνυσμα) Η
εικόνα α(I) είναι υποσύνολο του R3και ονομάζεται ίχνος της καμπύλης Υ-
πάρχουν διαφορετικές καμπύλες με το ίδιο ίχνος
παράδειγμα 11 ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (a cos(t)a sin(t) bt) a b gt 0
Το ίχνος της καμπύλης α είναι ένας έλικας πάνω στον
Σχήμα 11 έλικας
κύλινδρο ακτίνας a και άξωνα zzprime Η παράμετρος t με-τράει την γωνία που σχηματίζει η προβολή του α(t) στοxy επίπεδομε τον άξωνα 0x Η α είναι λεία (άπειρες φορέςδιαφορίσιμη)
1 middot Καμπυλες
παράδειγμα 12 ΄Εστω η καμπύλη α (minusinfininfin)rarr R3 α(t) = (et eminust 2t)
Το ίχνος της καμπύλης κείται υπεράνω του γρα-
Σχήμα 12
α(t) = (et eminust 2t)
φήματος xy = 1 με ρυθμό ανόδου (ως προς z)=2 Η α είναι λεία Το διάνυσμα ταχύτητας είναιαprime(t) = (etminuseminust 2)
παράδειγμα 13 Η α R rarr R2 α(t) = (t2 t3) είναι καμπύλη με παραμέ-τρηση Επιπλέον έχουμε αprime(0) = (2t 3t2)t=0 = (0 0)
παράδειγμα 14 Η απεικόνιση α Rrarr R2 α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) είναι
καμπύλη με παραμέτρηση που δεν είναι 1-1 Για
Σχήμα 13
α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4)
t = minus2 και t = 2 έχουμε α(2) = α(minus2) = (0 0)
παράδειγμα 15 ΄Εστω οι καμπύλες α β (0minus 114 2π + 1
14)rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) β(t) = (cos(2t) sin(2t))
Οι καμπύλες α και β έχουν το ίδιο ίχνος Το
Σχήμα 14 α(t) β(t)
ίχνος τους είναι ο κύκλος με κέντρο το (0 0) καιακτίνα 1 Ως υποσύνολα του R2
είναι ίδια αλλά ως
καμπύλες είναι διαφορετικές
12 middot Κανονικες Καμπυλες
υπενθύμιση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) isin R3τότε ορίζεται η νόρμα (μέτρο) του u ως εξής
|u| =radicu21 + u22 + u23 = απόσταση του u από το (0 0) Η νόρμα επίσης
καλείται και ευκλείδεια απόσταση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) και v = (v1 v2 v3) και ϑ isin [0 2π] η περιεχόμενη
γωνία των u και v τότε ορίζεται το εσωτερικό γινόμενο ως u middot v = |u| middot|v| middot cos(ϑ)
ιδιότητες
(i) ΄Εστω u v 6= 0 Αν u middot v = 0hArr uperpv (ϑ = π2ή
3π2
)
(ii) u middot v = v middot u
(iii) λ(v middot w) = (λ middot v) middot (w) = v middot (λ middot w)
(iv) u middot (v + w) = u middot v + u middot w
(v) Εαν eii=123 είναι η ορθοκανονική βάση του R3και u = u1e1 + u2e2 +
u3e3 χρησιμοποιώντας τις δύο προηγούμενες ιδιότητες έχουμε ότι
u middot v = u1v1 + u2v2 + u3v3
Εαν u(t) και v(t) είναι παραμετρικοποιημένες καμπύλες τότε (u middot v)(t) =u(t) middot v(t) = u1(t)v1(t) + u2(t)v2(t) + u3(t)v3(t) Και
ddt
(u(t) middot v(t)) =uprime(t)v(t) + u(t) middot vprime(t)
12 Κανονικές Καμπύλες
΄Εστω α I rarr R παραμετρικοποιημένη καμπύλη με αprime(t) = 0 για κάποιο t isin IΤότε θα υπάρχει μία μοναδικά ορισμένη ευθεία που θα περνάει από το α(t) και
περιέχει το αprime(t) Είναι σημαντικό στην διαφορική γεωμετρία η ύπαρξη αυτής
της ευθείας
Ορισμός 121 ΄Ενα σημείο t για το οποίο ισχύει αprime(t) = 0 ονομάζεταισημείο ιδιομορφίας ή ιδιάζων σημείο
Στο παράδειγμα 13 η καμπύλη έχει ιδιάζων δημείο
Ορισμός 122 Μία καμπύλη θα λέγεται κανονική αν αprime(t) 6= 0 forall t isin I
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Περιεχομενα
1 Καμπύλες 3
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες 312 Κανονικές Καμπύλες 5
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 713 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο) 1014 Τοπική Θεωρία Καμπυλών 13
14αʹ Επίπεδο Κίνησης 1414βʹ Ανακεφαλαίωση 1714γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 18
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα 21
2 Επιφάνειες στον R325
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μεταβλητών 2521αʹ Κανόνας Αλυσίδας 25
22 Κανονικές Επιφάνειες 3022αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες 3322βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα 39
Αʹ Σχήματα Σχεδιασμένα στο Mathematica 52 43
Βιβλιογραφία 55
Ευρετήριο 57
v
Καταλογος Σχηματων
11 έλικας 312 η καμπύλη α(t) = (et eminust 2t) 413 η καμπύλη α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) 414 οι καμπύλες (cos(t) sin(t)) και (cos(2t) sin(2t)) 415 η καμπύλη α(t) = (t t3) 616 κυκλοειδές 717 μεγένθυση κυκλοειδούς 718 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας 819 λογαριθμικός έλικας 9110 η μικρότερη καμπύλη που ενώνει δύο σημεία 10111 το διάνυσμα utimes v 12112 παράλληλες ευθείες στον R3 13113 ρυθμός μεταβολής εφαπτόμενης ευθείας 13114 κύριο κάθετο διάνυσμα 15115 επίπεδο κίνησης μίας καμπύλης 15
116 οι καμπύλες (t 0 eminus1t2 ) και (t eminus
1t2 0) 16
117 παράδειγμα στο θεμελιώδες θ τοπικής θεωρίας καμπυλών 17118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο 19
119 η καμπύλη ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2) 19
120 θεώρημα Green 21121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L 22
21 η μπάλα B(ρ δ) 2822 (ex cos(y) ex sin(y)) 2923 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου 3024 το σημείο q στην κανονική βάση 30
vii
viii 0 middot Καταλογος Σχηματων
25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημι-
σφαίριο της S2 3226 κάλυψη της σφαίρας S2 3227 σφαιρικές συντεταγμένες 3328 η σφαίρα S2
με τα επίπεδα y = 0 και z = 0 3429 παράδειγμα κρίσιμων και κανονικών τιμών 35210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W 36211 το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 37212 τόρος 37213 zoom τόρου 38214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1 40
Κεφαλαιο 1
Καμπυλες
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες
Ορισμός 111 Μία συνάρτηση g I rarr R I sube R (Ιυποδιάστημα) θαλέγεται διαφορίσιμη ή λεία αν έχει παραγώγους κάθε τάξεως
Ορισμός 112 Μια παραμετρικοποιημένη καμπύλη ή καμπύλη
με παραμέτρηση είναι μία λεία συνάρτηση α I rarr R3(I sube R) (Ι ανοιχτόυποδιάστημα του R)
Η λέξη λεία στον παραπάνω ορισμό σημαίνει ότι η α απεικονίζει το σημείο tστο α(t) = (x(t) y(t) z(t)) με τρόπο ώστε οι απεικονίσεις trarr x(t) trarr y(t)και trarr z(t) να είναι λείες
Η μεταβλητή t isin I ονομάζεται παράμετρος Το διάνυσμα αprime(t) = (xprime(t)yprime(t) zprime(t)) ονομάζεται διάνυσμα της ταχύτητας (ή εφαπτόμενο διάνυσμα) Η
εικόνα α(I) είναι υποσύνολο του R3και ονομάζεται ίχνος της καμπύλης Υ-
πάρχουν διαφορετικές καμπύλες με το ίδιο ίχνος
παράδειγμα 11 ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (a cos(t)a sin(t) bt) a b gt 0
Το ίχνος της καμπύλης α είναι ένας έλικας πάνω στον
Σχήμα 11 έλικας
κύλινδρο ακτίνας a και άξωνα zzprime Η παράμετρος t με-τράει την γωνία που σχηματίζει η προβολή του α(t) στοxy επίπεδομε τον άξωνα 0x Η α είναι λεία (άπειρες φορέςδιαφορίσιμη)
1 middot Καμπυλες
παράδειγμα 12 ΄Εστω η καμπύλη α (minusinfininfin)rarr R3 α(t) = (et eminust 2t)
Το ίχνος της καμπύλης κείται υπεράνω του γρα-
Σχήμα 12
α(t) = (et eminust 2t)
φήματος xy = 1 με ρυθμό ανόδου (ως προς z)=2 Η α είναι λεία Το διάνυσμα ταχύτητας είναιαprime(t) = (etminuseminust 2)
παράδειγμα 13 Η α R rarr R2 α(t) = (t2 t3) είναι καμπύλη με παραμέ-τρηση Επιπλέον έχουμε αprime(0) = (2t 3t2)t=0 = (0 0)
παράδειγμα 14 Η απεικόνιση α Rrarr R2 α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) είναι
καμπύλη με παραμέτρηση που δεν είναι 1-1 Για
Σχήμα 13
α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4)
t = minus2 και t = 2 έχουμε α(2) = α(minus2) = (0 0)
παράδειγμα 15 ΄Εστω οι καμπύλες α β (0minus 114 2π + 1
14)rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) β(t) = (cos(2t) sin(2t))
Οι καμπύλες α και β έχουν το ίδιο ίχνος Το
Σχήμα 14 α(t) β(t)
ίχνος τους είναι ο κύκλος με κέντρο το (0 0) καιακτίνα 1 Ως υποσύνολα του R2
είναι ίδια αλλά ως
καμπύλες είναι διαφορετικές
12 middot Κανονικες Καμπυλες
υπενθύμιση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) isin R3τότε ορίζεται η νόρμα (μέτρο) του u ως εξής
|u| =radicu21 + u22 + u23 = απόσταση του u από το (0 0) Η νόρμα επίσης
καλείται και ευκλείδεια απόσταση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) και v = (v1 v2 v3) και ϑ isin [0 2π] η περιεχόμενη
γωνία των u και v τότε ορίζεται το εσωτερικό γινόμενο ως u middot v = |u| middot|v| middot cos(ϑ)
ιδιότητες
(i) ΄Εστω u v 6= 0 Αν u middot v = 0hArr uperpv (ϑ = π2ή
3π2
)
(ii) u middot v = v middot u
(iii) λ(v middot w) = (λ middot v) middot (w) = v middot (λ middot w)
(iv) u middot (v + w) = u middot v + u middot w
(v) Εαν eii=123 είναι η ορθοκανονική βάση του R3και u = u1e1 + u2e2 +
u3e3 χρησιμοποιώντας τις δύο προηγούμενες ιδιότητες έχουμε ότι
u middot v = u1v1 + u2v2 + u3v3
Εαν u(t) και v(t) είναι παραμετρικοποιημένες καμπύλες τότε (u middot v)(t) =u(t) middot v(t) = u1(t)v1(t) + u2(t)v2(t) + u3(t)v3(t) Και
ddt
(u(t) middot v(t)) =uprime(t)v(t) + u(t) middot vprime(t)
12 Κανονικές Καμπύλες
΄Εστω α I rarr R παραμετρικοποιημένη καμπύλη με αprime(t) = 0 για κάποιο t isin IΤότε θα υπάρχει μία μοναδικά ορισμένη ευθεία που θα περνάει από το α(t) και
περιέχει το αprime(t) Είναι σημαντικό στην διαφορική γεωμετρία η ύπαρξη αυτής
της ευθείας
Ορισμός 121 ΄Ενα σημείο t για το οποίο ισχύει αprime(t) = 0 ονομάζεταισημείο ιδιομορφίας ή ιδιάζων σημείο
Στο παράδειγμα 13 η καμπύλη έχει ιδιάζων δημείο
Ορισμός 122 Μία καμπύλη θα λέγεται κανονική αν αprime(t) 6= 0 forall t isin I
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Καταλογος Σχηματων
11 έλικας 312 η καμπύλη α(t) = (et eminust 2t) 413 η καμπύλη α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) 414 οι καμπύλες (cos(t) sin(t)) και (cos(2t) sin(2t)) 415 η καμπύλη α(t) = (t t3) 616 κυκλοειδές 717 μεγένθυση κυκλοειδούς 718 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας 819 λογαριθμικός έλικας 9110 η μικρότερη καμπύλη που ενώνει δύο σημεία 10111 το διάνυσμα utimes v 12112 παράλληλες ευθείες στον R3 13113 ρυθμός μεταβολής εφαπτόμενης ευθείας 13114 κύριο κάθετο διάνυσμα 15115 επίπεδο κίνησης μίας καμπύλης 15
116 οι καμπύλες (t 0 eminus1t2 ) και (t eminus
1t2 0) 16
117 παράδειγμα στο θεμελιώδες θ τοπικής θεωρίας καμπυλών 17118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο 19
119 η καμπύλη ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2) 19
120 θεώρημα Green 21121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L 22
21 η μπάλα B(ρ δ) 2822 (ex cos(y) ex sin(y)) 2923 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου 3024 το σημείο q στην κανονική βάση 30
vii
viii 0 middot Καταλογος Σχηματων
25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημι-
σφαίριο της S2 3226 κάλυψη της σφαίρας S2 3227 σφαιρικές συντεταγμένες 3328 η σφαίρα S2
με τα επίπεδα y = 0 και z = 0 3429 παράδειγμα κρίσιμων και κανονικών τιμών 35210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W 36211 το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 37212 τόρος 37213 zoom τόρου 38214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1 40
Κεφαλαιο 1
Καμπυλες
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες
Ορισμός 111 Μία συνάρτηση g I rarr R I sube R (Ιυποδιάστημα) θαλέγεται διαφορίσιμη ή λεία αν έχει παραγώγους κάθε τάξεως
Ορισμός 112 Μια παραμετρικοποιημένη καμπύλη ή καμπύλη
με παραμέτρηση είναι μία λεία συνάρτηση α I rarr R3(I sube R) (Ι ανοιχτόυποδιάστημα του R)
Η λέξη λεία στον παραπάνω ορισμό σημαίνει ότι η α απεικονίζει το σημείο tστο α(t) = (x(t) y(t) z(t)) με τρόπο ώστε οι απεικονίσεις trarr x(t) trarr y(t)και trarr z(t) να είναι λείες
Η μεταβλητή t isin I ονομάζεται παράμετρος Το διάνυσμα αprime(t) = (xprime(t)yprime(t) zprime(t)) ονομάζεται διάνυσμα της ταχύτητας (ή εφαπτόμενο διάνυσμα) Η
εικόνα α(I) είναι υποσύνολο του R3και ονομάζεται ίχνος της καμπύλης Υ-
πάρχουν διαφορετικές καμπύλες με το ίδιο ίχνος
παράδειγμα 11 ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (a cos(t)a sin(t) bt) a b gt 0
Το ίχνος της καμπύλης α είναι ένας έλικας πάνω στον
Σχήμα 11 έλικας
κύλινδρο ακτίνας a και άξωνα zzprime Η παράμετρος t με-τράει την γωνία που σχηματίζει η προβολή του α(t) στοxy επίπεδομε τον άξωνα 0x Η α είναι λεία (άπειρες φορέςδιαφορίσιμη)
1 middot Καμπυλες
παράδειγμα 12 ΄Εστω η καμπύλη α (minusinfininfin)rarr R3 α(t) = (et eminust 2t)
Το ίχνος της καμπύλης κείται υπεράνω του γρα-
Σχήμα 12
α(t) = (et eminust 2t)
φήματος xy = 1 με ρυθμό ανόδου (ως προς z)=2 Η α είναι λεία Το διάνυσμα ταχύτητας είναιαprime(t) = (etminuseminust 2)
παράδειγμα 13 Η α R rarr R2 α(t) = (t2 t3) είναι καμπύλη με παραμέ-τρηση Επιπλέον έχουμε αprime(0) = (2t 3t2)t=0 = (0 0)
παράδειγμα 14 Η απεικόνιση α Rrarr R2 α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) είναι
καμπύλη με παραμέτρηση που δεν είναι 1-1 Για
Σχήμα 13
α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4)
t = minus2 και t = 2 έχουμε α(2) = α(minus2) = (0 0)
παράδειγμα 15 ΄Εστω οι καμπύλες α β (0minus 114 2π + 1
14)rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) β(t) = (cos(2t) sin(2t))
Οι καμπύλες α και β έχουν το ίδιο ίχνος Το
Σχήμα 14 α(t) β(t)
ίχνος τους είναι ο κύκλος με κέντρο το (0 0) καιακτίνα 1 Ως υποσύνολα του R2
είναι ίδια αλλά ως
καμπύλες είναι διαφορετικές
12 middot Κανονικες Καμπυλες
υπενθύμιση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) isin R3τότε ορίζεται η νόρμα (μέτρο) του u ως εξής
|u| =radicu21 + u22 + u23 = απόσταση του u από το (0 0) Η νόρμα επίσης
καλείται και ευκλείδεια απόσταση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) και v = (v1 v2 v3) και ϑ isin [0 2π] η περιεχόμενη
γωνία των u και v τότε ορίζεται το εσωτερικό γινόμενο ως u middot v = |u| middot|v| middot cos(ϑ)
ιδιότητες
(i) ΄Εστω u v 6= 0 Αν u middot v = 0hArr uperpv (ϑ = π2ή
3π2
)
(ii) u middot v = v middot u
(iii) λ(v middot w) = (λ middot v) middot (w) = v middot (λ middot w)
(iv) u middot (v + w) = u middot v + u middot w
(v) Εαν eii=123 είναι η ορθοκανονική βάση του R3και u = u1e1 + u2e2 +
u3e3 χρησιμοποιώντας τις δύο προηγούμενες ιδιότητες έχουμε ότι
u middot v = u1v1 + u2v2 + u3v3
Εαν u(t) και v(t) είναι παραμετρικοποιημένες καμπύλες τότε (u middot v)(t) =u(t) middot v(t) = u1(t)v1(t) + u2(t)v2(t) + u3(t)v3(t) Και
ddt
(u(t) middot v(t)) =uprime(t)v(t) + u(t) middot vprime(t)
12 Κανονικές Καμπύλες
΄Εστω α I rarr R παραμετρικοποιημένη καμπύλη με αprime(t) = 0 για κάποιο t isin IΤότε θα υπάρχει μία μοναδικά ορισμένη ευθεία που θα περνάει από το α(t) και
περιέχει το αprime(t) Είναι σημαντικό στην διαφορική γεωμετρία η ύπαρξη αυτής
της ευθείας
Ορισμός 121 ΄Ενα σημείο t για το οποίο ισχύει αprime(t) = 0 ονομάζεταισημείο ιδιομορφίας ή ιδιάζων σημείο
Στο παράδειγμα 13 η καμπύλη έχει ιδιάζων δημείο
Ορισμός 122 Μία καμπύλη θα λέγεται κανονική αν αprime(t) 6= 0 forall t isin I
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
viii 0 middot Καταλογος Σχηματων
25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημι-
σφαίριο της S2 3226 κάλυψη της σφαίρας S2 3227 σφαιρικές συντεταγμένες 3328 η σφαίρα S2
με τα επίπεδα y = 0 και z = 0 3429 παράδειγμα κρίσιμων και κανονικών τιμών 35210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W 36211 το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 37212 τόρος 37213 zoom τόρου 38214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1 40
Κεφαλαιο 1
Καμπυλες
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες
Ορισμός 111 Μία συνάρτηση g I rarr R I sube R (Ιυποδιάστημα) θαλέγεται διαφορίσιμη ή λεία αν έχει παραγώγους κάθε τάξεως
Ορισμός 112 Μια παραμετρικοποιημένη καμπύλη ή καμπύλη
με παραμέτρηση είναι μία λεία συνάρτηση α I rarr R3(I sube R) (Ι ανοιχτόυποδιάστημα του R)
Η λέξη λεία στον παραπάνω ορισμό σημαίνει ότι η α απεικονίζει το σημείο tστο α(t) = (x(t) y(t) z(t)) με τρόπο ώστε οι απεικονίσεις trarr x(t) trarr y(t)και trarr z(t) να είναι λείες
Η μεταβλητή t isin I ονομάζεται παράμετρος Το διάνυσμα αprime(t) = (xprime(t)yprime(t) zprime(t)) ονομάζεται διάνυσμα της ταχύτητας (ή εφαπτόμενο διάνυσμα) Η
εικόνα α(I) είναι υποσύνολο του R3και ονομάζεται ίχνος της καμπύλης Υ-
πάρχουν διαφορετικές καμπύλες με το ίδιο ίχνος
παράδειγμα 11 ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (a cos(t)a sin(t) bt) a b gt 0
Το ίχνος της καμπύλης α είναι ένας έλικας πάνω στον
Σχήμα 11 έλικας
κύλινδρο ακτίνας a και άξωνα zzprime Η παράμετρος t με-τράει την γωνία που σχηματίζει η προβολή του α(t) στοxy επίπεδομε τον άξωνα 0x Η α είναι λεία (άπειρες φορέςδιαφορίσιμη)
1 middot Καμπυλες
παράδειγμα 12 ΄Εστω η καμπύλη α (minusinfininfin)rarr R3 α(t) = (et eminust 2t)
Το ίχνος της καμπύλης κείται υπεράνω του γρα-
Σχήμα 12
α(t) = (et eminust 2t)
φήματος xy = 1 με ρυθμό ανόδου (ως προς z)=2 Η α είναι λεία Το διάνυσμα ταχύτητας είναιαprime(t) = (etminuseminust 2)
παράδειγμα 13 Η α R rarr R2 α(t) = (t2 t3) είναι καμπύλη με παραμέ-τρηση Επιπλέον έχουμε αprime(0) = (2t 3t2)t=0 = (0 0)
παράδειγμα 14 Η απεικόνιση α Rrarr R2 α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) είναι
καμπύλη με παραμέτρηση που δεν είναι 1-1 Για
Σχήμα 13
α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4)
t = minus2 και t = 2 έχουμε α(2) = α(minus2) = (0 0)
παράδειγμα 15 ΄Εστω οι καμπύλες α β (0minus 114 2π + 1
14)rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) β(t) = (cos(2t) sin(2t))
Οι καμπύλες α και β έχουν το ίδιο ίχνος Το
Σχήμα 14 α(t) β(t)
ίχνος τους είναι ο κύκλος με κέντρο το (0 0) καιακτίνα 1 Ως υποσύνολα του R2
είναι ίδια αλλά ως
καμπύλες είναι διαφορετικές
12 middot Κανονικες Καμπυλες
υπενθύμιση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) isin R3τότε ορίζεται η νόρμα (μέτρο) του u ως εξής
|u| =radicu21 + u22 + u23 = απόσταση του u από το (0 0) Η νόρμα επίσης
καλείται και ευκλείδεια απόσταση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) και v = (v1 v2 v3) και ϑ isin [0 2π] η περιεχόμενη
γωνία των u και v τότε ορίζεται το εσωτερικό γινόμενο ως u middot v = |u| middot|v| middot cos(ϑ)
ιδιότητες
(i) ΄Εστω u v 6= 0 Αν u middot v = 0hArr uperpv (ϑ = π2ή
3π2
)
(ii) u middot v = v middot u
(iii) λ(v middot w) = (λ middot v) middot (w) = v middot (λ middot w)
(iv) u middot (v + w) = u middot v + u middot w
(v) Εαν eii=123 είναι η ορθοκανονική βάση του R3και u = u1e1 + u2e2 +
u3e3 χρησιμοποιώντας τις δύο προηγούμενες ιδιότητες έχουμε ότι
u middot v = u1v1 + u2v2 + u3v3
Εαν u(t) και v(t) είναι παραμετρικοποιημένες καμπύλες τότε (u middot v)(t) =u(t) middot v(t) = u1(t)v1(t) + u2(t)v2(t) + u3(t)v3(t) Και
ddt
(u(t) middot v(t)) =uprime(t)v(t) + u(t) middot vprime(t)
12 Κανονικές Καμπύλες
΄Εστω α I rarr R παραμετρικοποιημένη καμπύλη με αprime(t) = 0 για κάποιο t isin IΤότε θα υπάρχει μία μοναδικά ορισμένη ευθεία που θα περνάει από το α(t) και
περιέχει το αprime(t) Είναι σημαντικό στην διαφορική γεωμετρία η ύπαρξη αυτής
της ευθείας
Ορισμός 121 ΄Ενα σημείο t για το οποίο ισχύει αprime(t) = 0 ονομάζεταισημείο ιδιομορφίας ή ιδιάζων σημείο
Στο παράδειγμα 13 η καμπύλη έχει ιδιάζων δημείο
Ορισμός 122 Μία καμπύλη θα λέγεται κανονική αν αprime(t) 6= 0 forall t isin I
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Κεφαλαιο 1
Καμπυλες
11 Παραμετρικοποιημένες Καμπύλες
Ορισμός 111 Μία συνάρτηση g I rarr R I sube R (Ιυποδιάστημα) θαλέγεται διαφορίσιμη ή λεία αν έχει παραγώγους κάθε τάξεως
Ορισμός 112 Μια παραμετρικοποιημένη καμπύλη ή καμπύλη
με παραμέτρηση είναι μία λεία συνάρτηση α I rarr R3(I sube R) (Ι ανοιχτόυποδιάστημα του R)
Η λέξη λεία στον παραπάνω ορισμό σημαίνει ότι η α απεικονίζει το σημείο tστο α(t) = (x(t) y(t) z(t)) με τρόπο ώστε οι απεικονίσεις trarr x(t) trarr y(t)και trarr z(t) να είναι λείες
Η μεταβλητή t isin I ονομάζεται παράμετρος Το διάνυσμα αprime(t) = (xprime(t)yprime(t) zprime(t)) ονομάζεται διάνυσμα της ταχύτητας (ή εφαπτόμενο διάνυσμα) Η
εικόνα α(I) είναι υποσύνολο του R3και ονομάζεται ίχνος της καμπύλης Υ-
πάρχουν διαφορετικές καμπύλες με το ίδιο ίχνος
παράδειγμα 11 ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (a cos(t)a sin(t) bt) a b gt 0
Το ίχνος της καμπύλης α είναι ένας έλικας πάνω στον
Σχήμα 11 έλικας
κύλινδρο ακτίνας a και άξωνα zzprime Η παράμετρος t με-τράει την γωνία που σχηματίζει η προβολή του α(t) στοxy επίπεδομε τον άξωνα 0x Η α είναι λεία (άπειρες φορέςδιαφορίσιμη)
1 middot Καμπυλες
παράδειγμα 12 ΄Εστω η καμπύλη α (minusinfininfin)rarr R3 α(t) = (et eminust 2t)
Το ίχνος της καμπύλης κείται υπεράνω του γρα-
Σχήμα 12
α(t) = (et eminust 2t)
φήματος xy = 1 με ρυθμό ανόδου (ως προς z)=2 Η α είναι λεία Το διάνυσμα ταχύτητας είναιαprime(t) = (etminuseminust 2)
παράδειγμα 13 Η α R rarr R2 α(t) = (t2 t3) είναι καμπύλη με παραμέ-τρηση Επιπλέον έχουμε αprime(0) = (2t 3t2)t=0 = (0 0)
παράδειγμα 14 Η απεικόνιση α Rrarr R2 α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) είναι
καμπύλη με παραμέτρηση που δεν είναι 1-1 Για
Σχήμα 13
α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4)
t = minus2 και t = 2 έχουμε α(2) = α(minus2) = (0 0)
παράδειγμα 15 ΄Εστω οι καμπύλες α β (0minus 114 2π + 1
14)rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) β(t) = (cos(2t) sin(2t))
Οι καμπύλες α και β έχουν το ίδιο ίχνος Το
Σχήμα 14 α(t) β(t)
ίχνος τους είναι ο κύκλος με κέντρο το (0 0) καιακτίνα 1 Ως υποσύνολα του R2
είναι ίδια αλλά ως
καμπύλες είναι διαφορετικές
12 middot Κανονικες Καμπυλες
υπενθύμιση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) isin R3τότε ορίζεται η νόρμα (μέτρο) του u ως εξής
|u| =radicu21 + u22 + u23 = απόσταση του u από το (0 0) Η νόρμα επίσης
καλείται και ευκλείδεια απόσταση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) και v = (v1 v2 v3) και ϑ isin [0 2π] η περιεχόμενη
γωνία των u και v τότε ορίζεται το εσωτερικό γινόμενο ως u middot v = |u| middot|v| middot cos(ϑ)
ιδιότητες
(i) ΄Εστω u v 6= 0 Αν u middot v = 0hArr uperpv (ϑ = π2ή
3π2
)
(ii) u middot v = v middot u
(iii) λ(v middot w) = (λ middot v) middot (w) = v middot (λ middot w)
(iv) u middot (v + w) = u middot v + u middot w
(v) Εαν eii=123 είναι η ορθοκανονική βάση του R3και u = u1e1 + u2e2 +
u3e3 χρησιμοποιώντας τις δύο προηγούμενες ιδιότητες έχουμε ότι
u middot v = u1v1 + u2v2 + u3v3
Εαν u(t) και v(t) είναι παραμετρικοποιημένες καμπύλες τότε (u middot v)(t) =u(t) middot v(t) = u1(t)v1(t) + u2(t)v2(t) + u3(t)v3(t) Και
ddt
(u(t) middot v(t)) =uprime(t)v(t) + u(t) middot vprime(t)
12 Κανονικές Καμπύλες
΄Εστω α I rarr R παραμετρικοποιημένη καμπύλη με αprime(t) = 0 για κάποιο t isin IΤότε θα υπάρχει μία μοναδικά ορισμένη ευθεία που θα περνάει από το α(t) και
περιέχει το αprime(t) Είναι σημαντικό στην διαφορική γεωμετρία η ύπαρξη αυτής
της ευθείας
Ορισμός 121 ΄Ενα σημείο t για το οποίο ισχύει αprime(t) = 0 ονομάζεταισημείο ιδιομορφίας ή ιδιάζων σημείο
Στο παράδειγμα 13 η καμπύλη έχει ιδιάζων δημείο
Ορισμός 122 Μία καμπύλη θα λέγεται κανονική αν αprime(t) 6= 0 forall t isin I
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
παράδειγμα 12 ΄Εστω η καμπύλη α (minusinfininfin)rarr R3 α(t) = (et eminust 2t)
Το ίχνος της καμπύλης κείται υπεράνω του γρα-
Σχήμα 12
α(t) = (et eminust 2t)
φήματος xy = 1 με ρυθμό ανόδου (ως προς z)=2 Η α είναι λεία Το διάνυσμα ταχύτητας είναιαprime(t) = (etminuseminust 2)
παράδειγμα 13 Η α R rarr R2 α(t) = (t2 t3) είναι καμπύλη με παραμέ-τρηση Επιπλέον έχουμε αprime(0) = (2t 3t2)t=0 = (0 0)
παράδειγμα 14 Η απεικόνιση α Rrarr R2 α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4) είναι
καμπύλη με παραμέτρηση που δεν είναι 1-1 Για
Σχήμα 13
α(t) = (t3 minus 4t t2 minus 4)
t = minus2 και t = 2 έχουμε α(2) = α(minus2) = (0 0)
παράδειγμα 15 ΄Εστω οι καμπύλες α β (0minus 114 2π + 1
14)rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) β(t) = (cos(2t) sin(2t))
Οι καμπύλες α και β έχουν το ίδιο ίχνος Το
Σχήμα 14 α(t) β(t)
ίχνος τους είναι ο κύκλος με κέντρο το (0 0) καιακτίνα 1 Ως υποσύνολα του R2
είναι ίδια αλλά ως
καμπύλες είναι διαφορετικές
12 middot Κανονικες Καμπυλες
υπενθύμιση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) isin R3τότε ορίζεται η νόρμα (μέτρο) του u ως εξής
|u| =radicu21 + u22 + u23 = απόσταση του u από το (0 0) Η νόρμα επίσης
καλείται και ευκλείδεια απόσταση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) και v = (v1 v2 v3) και ϑ isin [0 2π] η περιεχόμενη
γωνία των u και v τότε ορίζεται το εσωτερικό γινόμενο ως u middot v = |u| middot|v| middot cos(ϑ)
ιδιότητες
(i) ΄Εστω u v 6= 0 Αν u middot v = 0hArr uperpv (ϑ = π2ή
3π2
)
(ii) u middot v = v middot u
(iii) λ(v middot w) = (λ middot v) middot (w) = v middot (λ middot w)
(iv) u middot (v + w) = u middot v + u middot w
(v) Εαν eii=123 είναι η ορθοκανονική βάση του R3και u = u1e1 + u2e2 +
u3e3 χρησιμοποιώντας τις δύο προηγούμενες ιδιότητες έχουμε ότι
u middot v = u1v1 + u2v2 + u3v3
Εαν u(t) και v(t) είναι παραμετρικοποιημένες καμπύλες τότε (u middot v)(t) =u(t) middot v(t) = u1(t)v1(t) + u2(t)v2(t) + u3(t)v3(t) Και
ddt
(u(t) middot v(t)) =uprime(t)v(t) + u(t) middot vprime(t)
12 Κανονικές Καμπύλες
΄Εστω α I rarr R παραμετρικοποιημένη καμπύλη με αprime(t) = 0 για κάποιο t isin IΤότε θα υπάρχει μία μοναδικά ορισμένη ευθεία που θα περνάει από το α(t) και
περιέχει το αprime(t) Είναι σημαντικό στην διαφορική γεωμετρία η ύπαρξη αυτής
της ευθείας
Ορισμός 121 ΄Ενα σημείο t για το οποίο ισχύει αprime(t) = 0 ονομάζεταισημείο ιδιομορφίας ή ιδιάζων σημείο
Στο παράδειγμα 13 η καμπύλη έχει ιδιάζων δημείο
Ορισμός 122 Μία καμπύλη θα λέγεται κανονική αν αprime(t) 6= 0 forall t isin I
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
12 middot Κανονικες Καμπυλες
υπενθύμιση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) isin R3τότε ορίζεται η νόρμα (μέτρο) του u ως εξής
|u| =radicu21 + u22 + u23 = απόσταση του u από το (0 0) Η νόρμα επίσης
καλείται και ευκλείδεια απόσταση
bull Εαν u = (u1 u2 u3) και v = (v1 v2 v3) και ϑ isin [0 2π] η περιεχόμενη
γωνία των u και v τότε ορίζεται το εσωτερικό γινόμενο ως u middot v = |u| middot|v| middot cos(ϑ)
ιδιότητες
(i) ΄Εστω u v 6= 0 Αν u middot v = 0hArr uperpv (ϑ = π2ή
3π2
)
(ii) u middot v = v middot u
(iii) λ(v middot w) = (λ middot v) middot (w) = v middot (λ middot w)
(iv) u middot (v + w) = u middot v + u middot w
(v) Εαν eii=123 είναι η ορθοκανονική βάση του R3και u = u1e1 + u2e2 +
u3e3 χρησιμοποιώντας τις δύο προηγούμενες ιδιότητες έχουμε ότι
u middot v = u1v1 + u2v2 + u3v3
Εαν u(t) και v(t) είναι παραμετρικοποιημένες καμπύλες τότε (u middot v)(t) =u(t) middot v(t) = u1(t)v1(t) + u2(t)v2(t) + u3(t)v3(t) Και
ddt
(u(t) middot v(t)) =uprime(t)v(t) + u(t) middot vprime(t)
12 Κανονικές Καμπύλες
΄Εστω α I rarr R παραμετρικοποιημένη καμπύλη με αprime(t) = 0 για κάποιο t isin IΤότε θα υπάρχει μία μοναδικά ορισμένη ευθεία που θα περνάει από το α(t) και
περιέχει το αprime(t) Είναι σημαντικό στην διαφορική γεωμετρία η ύπαρξη αυτής
της ευθείας
Ορισμός 121 ΄Ενα σημείο t για το οποίο ισχύει αprime(t) = 0 ονομάζεταισημείο ιδιομορφίας ή ιδιάζων σημείο
Στο παράδειγμα 13 η καμπύλη έχει ιδιάζων δημείο
Ορισμός 122 Μία καμπύλη θα λέγεται κανονική αν αprime(t) 6= 0 forall t isin I
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
΄Εστω καμπύλη α I rarr R3και έστω t0 isin I Υποθέτουμε ότι α κανονική
καμπύλη Το μήκος τόξου της παραμετρικοποιημένης καμπύλης α από το t0είναι
S(t) =
int t
t0
|αprime(t)|dt
όπου
|αprime(t)| =radicxprime(t)2 + yprime(t)2 + zprime(t)2
Δεδομένου ότι αprime(t) 6= 0 forall t έχουμε ότι η S(t) είναι παραγωγίσιμη ως προς
t και άρα ddtS(t) = |αprime(t)|
Εαν η καμπύλη α έχει παράμετρο t η οποία είναι ήδη ίση με το μήκος τόξου
μετρημένο από κάποιο σημείο t0 τότε S(t) = trArr ddtS(t) = 1 = |αprime(t)| Δηλαδή
η ταχύτητα έχει μέτρο 1 Αντίστροφα αν η ταχύτητα της α έχει μέτρο 1 τότε
S(t) =int tt0
1dt = tminus t0 Τότε η παράμετρος είναι ίση με το μήκος τόξου
Για λόγους απλούστευσης (των ιδεών και των επιχειρημάτων) θα υποθέσου-
με από εδώ και στο εξής ότι όλες οι θεωρούμενες καμπύλες έχουν παραμέτρηση
μήκους τόξου (ισοδύναμα |ταχύτητα| = 1) Ο περιορισμός αυτός όμως δεν είναι
ουσιώδης όπως θα δούμε στη συνέχεια με παράδειγμα ασυτηρά θα αποδειχθεί
αργότερα Επιπλέον ούτε το t0 έχει ουσιώδη ρόλο δεδομένου ότι οι περισσότε-
ρες έννοιες στη διαφορική γεωμετρία ορίζονται με χρήση παραγώγου
παράδειγμα 16 ΄Εστω η καπμύλη α [0 2] rarr R2 α(t) = (t t3) Θαυπολογίσουμε το μήκος της καμπύλης από το 0 εως το 2
Σχήμα 15 α(t) = (t t3)
S =
int 2
0
|αprime(t)| =int 2
0
radic12 + 9t4
παράδειγμα 17 ΄Εστω ότι έχουμε μία καμπύλη α [a b] rarr R3και έ-
στω S =int ba|αprime(t)|dt το μήκος της Θεωρώ την συνάρτηση f [0 s] rarr
[a b] f(r) = rsb + (1 minus r
s)a Η f είναι 1-1 και επί Η καμπύλη β [0 s] rarr
R3 β(r) = α(f(r)) έχει το ίδιο ίχνος με την α αλλά με διαφορετική παρα-μέτρηση Ξεκινάει από το α(a) και σταματάει στο α(b) Επιπλέον έχουμε ότιβprime(r) 6= 0 ΄Αρα η συνάρτηση από το r στο |βprime(r)| δεν μηδενίζεται ΄Αρα υπάρχειg τέτοια ώστε g(r) middot |βprime(r)| = 1 ΄Αρα συνθέτωντας με gminus1 έχω παραμέτρησημε ταχύτητα μέτρου 1και άρα έχω παραμέτρηση μήκους τόξου
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
12 middot Κανονικες Καμπυλες
12αʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω η καμπύλη α R rarr R3 α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) Θα βρού-
με την παραμέτρηση μήκους τόξου μετρημένη από το 0 Υπολογίζουμε την
παράγωγο αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
αprime(t) =radica2 sin2(t) + a2 cos2(t) + b2 =
radica2 + b2 = σταθερά = u
΄Αρα το S(t) =int t0udt = ut Συνεπώς θέτουμε t(s) = s
uκαι αντικαθιστώντας
στην α(t) έχουμε α(s) = (a cos( su) a sin( s
u) b s
u) όπου u =
radica2 + b2 ΄Αρα
αprime(s) = (minus1
ua sin(
s
u)
1
ua cos(
s
u)b
u)
|αprime(s)| =
radica2
u2sin2(
s
u) +
a2
u2cos2(
s
u) +
b2
u2
=
radica2 + b2
u2
=
radica2 + b2
a2 + b2
= 1
(2) ΄Εστω δίσκος ακτίνας 1 ο οποίος περιστέφεται (χωρίς να ολισθαίνει) στο
επίπεδο Η τροχιά ενός σημείου της περιφέρειας του δίσκου λέγεται κυκλοειδές
(cycloid)
Σχήμα 16 κυκλοειδές
Σχήμα 17 μεγένθυση κυκλοειδούς
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
΄Εστω η καμπύλη α [0 2π] rarr R2 α(t) = (συντεταγμένες του σημείου Α) =(OBAB) Θα υπολογίσουμε τα OB και AB σύμφωνα με την γωνία t
OB = tminusBG = tminus AD = tminus sin(t)
AB = 1minus cos(t)
Και άρα α(t) = (tminus sin(t) 1minus cos(t))με α R rarr R2
Σημεία ιδιομορφίας της α (τα σημεία όπου αprime(t) = 0) είναι τα
t = 2kπ k isin Z
αprime(t) = (1minus cos(t) sin(t))hArr sin(t) = 0 και cos(t) = 1
Το μήκος του κυκλοειδούς είναι ίσο μεint 2π
0
radic(1minus cos(t))2 + sin2(t)dt = middot middot middot = 8
ερώτηση Γιατί το μήκος του ευθύγραμμου τμήματος είναι μικρότερο ή
ίσο κάθε άλλης καμπύλης με τα ίδια άκρα
(3) ΄Εστω η καμπύλη α(t) = (cosh(t) sinh(t) t)(cosh(t) = exminuseminusx
2 υπερβολικό συνιμήτονο
sinh(t) = ex+eminusx
2 υπερβολικό ημίτονο
)
Σχήμα 18 οι καμπύλες cosh sinh και ο υπερβολικός έλικας
Θυμίζουμε ότι
sinhprime(x) = cosh(x)
coshprime(x) = sinh(x)
και
cosh2(x)minus sinh2(x) = 1
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
12 middot Κανονικες Καμπυλες
Τώρα έχουμε ότι
S(t) =
int t
0
radicsinh2(t) + cosh2(t) + 1dt
=
int t
0
(cosh(t)radic
2dt)
=radic
2 sinh(t)
΄Αρα διαλέγουμε t(s) = sinhminus1( sradic2) και αντικαθιστώντας στην α(t) έχουμε
α(s) = (cosh(sinhminus1(sradic2
))sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
= (1 +s2
2sradic2 sinhminus1(
sradic2
))
|αprime(s)| = middot middot middot = 1
(4) ΄Εστω η καμπύλη α Rrarr R3 α(t) = (aebt cos(t) aebt sin(t)) =ebt(a cos(t) a sin(t)) με a gt 0 και b lt 0
|α(t)| = |(a cos(t) a sin(t))||eminusbt|
=a
eminusbtόταν trarrinfinminusminusminusminusminusminusrarr 0
Σχήμα 19 λογαριθμι-
κός έλικας
αprime(t) = (aebtb cos(t)minus aebt sin(t) aebtb sin(t) +
+ aebt cos(t))
= (a
eminusbtsin(t) b sin(t) + cos(t))
|αprime(t)| =a
eminusbt|( )| minusrarr 0
΄Οταν t rarr infin η ταχύτητα τείνει στο 0 Στη συνέχεια θα υπολογίσουμε το
μήκος καμπύλης
int x
0
|αprime(t)|dt =
int x
0
radic()2 + ()2dt
= tradic
()2 + ()2∣∣∣t=xt=0
= xradic
(ebxab cos(x)minus ebxa sin(x))2 + (ebxab sin(x) + ebxa cos(x))2
=x
eminusbx
radic()2 + ()2︸ ︷︷ ︸φραγμένο
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
΄Αρα limxrarrinfinint x0|αprime(t)|dt είναι φραγμένο (ltinfin)int infin
0
= |αprime(t)|dt = L
όπου L το μήκος της α από τον χρόνο t = 0 εώς infin
(5) ΄Εστω α [a b]rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση ορισμένη σε ένα διάστημα
I supe [a b]΄Εστω u διάνυσμα σταθερό μέτρου 1
Σχήμα 110 α(t)
int b
a
αprime(t)udt = α(t)u|t=bt=a
= [α(b)minus α(a)]u
Επίσης int b
a
αprime(t)udt le∣∣∣∣int b
a
αprime(t)udt
∣∣∣∣ le int b
a
|αprime(t)u|dt = L(α)
Θέτουμε u = α(b)minusα(a)|α(b)minusα(a)| και αντικαθιστώντας έχουμε
L(α) ge [α(b)minus α(a)]urArr L(α) ge |α(b)minus α(a)|
(6) Να βρείτε καμπύλη με παραμέτρηση και ίχνος ίσο με τον μοναδιαίο κύκλο
x2 + y2 minus 1 = 0 έτσι ώστε να διατρέξει τον κύκλο με την φορά των δεικτών
του ρολογιού
απάντηση α(t) = (sin(t) cos(t))
(7) ΄Εστω α(t) καμπύλη με παραμέτρηση που δεν περνάει από το (0 0) ΄Εστω
t0 |α(t0 minus (0 0) le |α(t)minus (0 0)|)| Να δείξετε ότι α(t0) perp αprime(t0)
(8) ΄Εστω καμπύλη α(t) με παραμέτρηση έτσι ώστε αprimeprime(t) = 0 Τι μπορείτε
να πείτε για την καμπύλη
13 Εξωτερικό Γινόμενο (Διανυσματικό Γινόμενο)
Θα μελετήσουμε την έννοια του προσανατολισμού ενός γραμμικού χώρου Θα
λέμε ότι δύο διατεταγμένες βάσεις ένος διανυσματικού χώρου V είναι ισοδύνα-
μες εάν ο πίνακας αλλαγής βάσης έχει θετική ορίζουσα Για παράδειγμα έστω
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
13 middot Εξωτερικο Γινομενο (Διανυσματικο Γινομενο)
e = eii=1n και f = fii=1n Εάν οι f και e έχουν τον ίδιο προσανατο-
λισμό θε γράφουμε e sim f Η σχέση sim είναι σχέση ισοδυναμίας με δύο κλάσεις
ισοδυναμίας Το να επιλέξουμε προσανατολισμό για έναν γραμμικό χώρο είναι
ισοδύνομο με το να διαλέξουμε μία από αυτές τις δύο κλάσεις
παράδειγμα 18 Θεωρούμε την διατεταγμένη βάση e = e1 = (1 0 0) e2 =(0 1 0) e3 = (0 0 1) Ονομάζουμε θετικό προσανατολισμό εκείνον τον προσα-νατολισμό που αντισοιχεί σε αυτήν την βάση Τώρα έστω η διατεταγμένη βάση
f = e1 e3 e2 Η f δεν είναι ισοδύναμη με την e διότι ο πίνακας αλλαγήςβάσης είναι
f1 = 1 middot e1 + 0 middot e2 + 0 middot e3f2 = 0 middot e1 + 1 middot e2 + 0 middot e3f3 = 0 middot e1 + 0 middot e2 + 1 middot e3
Η ορίζουσα του πίνακα αλλαγής βάσης είναι∣∣∣∣∣∣1 0 00 0 10 1 0
∣∣∣∣∣∣ = minus1
Η f είναι αρνητική βάση
Ορισμός 131 ΄Εστω u v isin R3 Το εξωτερικό (διανυσματικό) γι-
νόμενο του u με το v είναι το διάνυσμα u times v isin R3που χαρακτηρίζεται από
την παρακάτω σχέση
(utimes v) middot w = det(u v w) forall w isin R3
όπου
det(u v w) =
∣∣∣∣∣∣u1 u2 u3v1 v2 v3w1 w2 w3
∣∣∣∣∣∣Θεωρώντας w = utimes v έχουμε
utimes v =
∣∣∣∣ u2 u3v2 v3
∣∣∣∣ e1 +
∣∣∣∣ u1 u3v1 v3
∣∣∣∣ e2 +
∣∣∣∣ u1 u2v1 v2
∣∣∣∣ e3ιδιότητες
(i) utimes v = minusv times u
(ii) (ax+ by)times v = a(xtimes v) + b(y times v) = (ax)times v + (by)times v
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
(iii) utimes v = 0 αν και μόνο αν u v εξαρτημένα αν u v 6= 0
(iv) (utimes v)v = 0 και (utimes v)u = 0
Παρατήρηση 11 Αν πάρω w = utimes v στον ορισμό 131 τότε
(utimes v)(utimes v) = |utimes v|2 gt 0
και
(utimes v)(utimes v) = det(u v utimes v)
΄Αρα η βάση u v utimes v είναι θετική βάση
Πρόταση 132 forall u v x y isin R3έχουμε
(utimes v)(xtimes y) =
∣∣∣∣ ux vxuy vy
∣∣∣∣Απόδειξη Αρκεί να δείξω την σχέση αυτή για διανύσματα της βάσης e1 e2 e3Δηλαδή αρκεί να δείξω ότι ei ej ek el i j k l isin 1 2 3
(ei times ej)(ek times el) =
∣∣∣∣ eiek ejekeiel ejel
∣∣∣∣ = middot middot middot = (ok)
Από αυτήν την ιδιότητα έπεται ότι
|utimes v|2 = (utimes v)(utimes v) = |u|2|v|2 minus |u|2|v|2 cos2(θ) θ = γωνία u και v
= |u|2|v|2(1minus cos2(θ))
΄Εστω A το εμβαδόν του επιπέδου που σχηματίζουν τα διανύσματα u και vΤο u times v είναι δάνυσμα εγκάρσιο στο επίπεδο
Σχήμα 111 utimes v
που ορίζουν τα u και v ΄Εχει μέτρο A και διεύ-
θυνση τέτοια ώστε η βάση u v utimes v να είναι
θετική
΄Εστω u v (a b) rarr R3λείες καμπύλες
τότε η utimes v (a b)rarr R3είναι μία διαφορίσιμη
απεικόνιση και μάλιστα
d
dt(utimes v)(t) =
du
dttimes v(t) + u(t)times dv
dt
Το διανυσματικό γινόμενο αναφύεται σε πολλές γεωμετρικές κατασκευές
και ιδιότητες
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
παράδειγμα 19 ΄Εστω οι ευθείες ε1
xminus x0 = u1ty minus y0 = u2tz minus z0 = u3t
= η ευθεί-
α που περνάει από το σημείο (x0 y0 z0) με κατεύθυνση ~u = (u1 u2 u3) και
ε2
xminus x1 = v1ty minus y1 = v2tz minus z1 = v3t
= η ευθεία που περνάει από το σημείο (x1 y1 z1) με
κατεύθυνση ~v = (v1 v2 v3)
΄Εστω ότι οι ευθείες ε1 και ε2 δεν τέμνονται
Σχήμα 112 παράλληλες ευ-
θείες στον R3
(ε1 ∦ ε2) ΄Εστω διάνυσμα ~AB που είναι κά-θετο και στις δύο ευθείες όπως το σχήμα 112
Η απόσταση μεταξύ των δύο ευθειών είναι ίση
με |p| = | ~AB| και δίνεται από τον τύπο |p| =|(utimesv)~r||utimesv|
| ~AB| = prutimesv ~r = |r| cos(ϑ) =|r| cos(ϑ)|utimes v||utimes v|
14 Τοπική Θεωρία Καμπυλών
΄Εστω α (a b) rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου S isin (a b)
Αφού |αprime(s)| = 1 το μέτρο της δεύτερης παραγώγου αprimeprime(s) μας δείχνει τον
ρυθμό μεταβολής της εφαπτόμενης ευθείας
Το |αprimeprime(s)| μετράει το πόσο γρήγορα απομα-
Σχήμα 113 ρυθμός μεταβο-
λής εφαπτόμενης ευθείας
κρύνεται η καμπύλη από το σημείο στο οποίο
βρίσκεται (δηλαδή από την εφαπτόμενη ευθεία)
Ορισμός 141 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη με παραμέτρηση μήκους τόξου
S Ορίζουμε την καμπυλότητα της α στο σημείο s να είναι το k(s) = |αprimeprime(s)|
παράδειγμα 110 ΄Εστω η καμπύλη α(s) = su+ v s isin R Τότε
αprimeprime(s) = 0rArr k(s) = |αprimeprime(s)| = 0
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
Δηλαδή η ευθεία έχει καμπυλότητα 0 Ανάποδα τώρα εάν μία καμπύλη έχει
την ιδιότητα ότι k(s) = |αprimeprime(s)| = 0 hArr αprimeprime(s) = 0 ολοκληρώνοντας δύο φορέςέχουμε ότι η α είναι ευθεία
παράδειγμα 111 ΄Εστω η καμπύλη α (minus 153 2π + 1
53) rarr R2 α(t) =
(cos(t) sin(t)) Θα υπολογίσουμε την ακμπυλότητα της α
αprime(t) = (minus sin(t) cos(t))
αprimeprime(t) = (minus cos(t)minus sin(t))
|αprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
|αprimeprime(t)| =radic
()2 + ()2 = 1
΄Αρα η καμπυλότητα είναι σταθερή ίση με 1
παράδειγμα 112 ΄Εστω ο κύκλος x2 + y2 = a2
α(t) = (a cos(t) a sin(t))
hArr β(s) = (a cos(s
a) a sin(
s
a))
Η β είναι παραμέτρηση ενώ η α δεν είναι Θα υπολογίσουμε την καμπυλότητατης καμπύλης
|βprime(s)| =
radic(minusa(
s
a)prime sin(
s
a))2 + (a(
s
a)prime cos(
s
a))2
= middot middot middot =radic
()2 + ()2 = 1
βprimeprime(s) = ((minus sin(s
a))prime (cos(
s
a))prime) = (minus1
acos(
s
a)minus1
asin(
s
a))
|βprimeprime(s)| =
radic1
a2(cos2 + sin2) =
radic1
a2
=1
a
14αʹ Επίπεδο Κίνησης (αυθαίρετη ορολογία osculating)
Για τιμές s isin I για τις οποίες ισχύει k(s) 6= 0 ορίζουμε το κύριο κάθετο
διάνυσμα (μοναδιαίο) N(s) από την εξής σχέση αprimeprime(s) = k(s)N(s)
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Το διάνυσμα αprimeprime(s) είναι κάθετο στο αprime(s) διότι
Σχήμα 114 κύριο κάθε-
το διάνυσμα
|αprime(s)| = 1rArr αprime(s)αprime(s) = 1
αprimeprime(s)αprime(s) + αprime(s)αprimeprime(s) = 0hArrαprimeprime(s)αprime(s) = 0rArr αprimeprime(s) perp αprime(s)
Συνεπώς το N(s) είναι κάθετο στο αprime(s) (εξού και
το όνομα κύριο κάθετο) Το επίπεδο που ορίζεται
από τα αprime(s) και N(s) ονομάζεται επίπεδο κίνησης
Αν k(s) = 0 τότε το N(s) δεν ορίζεται Στην
θεωρία μας όμως το επίπεδο κίνησης έχει κεντρικό
ρόλο και ως εκ΄τούτου υποθέτουμε ότι δουλεύουμε
με καμπύλες τέτοιες ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
υπενθύμιση Ορίσαμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας εαν
ισχύει αprime(s) = 0 Τώρα ορίζουμε ένα σημείο s isin I να είναι σημείο ιδιομορφίας
τάξης 2 εάν αprimeprime(s) = 0
Ορισμός 142 (συμβολισμοί) ΑΣΠΡΗ ΛΕΞΗ
(i) T(s) = αprime(s) μοναδιαίο εφαπτόμενο διάνυσμα
(ii) Tprime(s) = αprimeprime(s) = k(s)N(s) ορίζει το κύριο μοναδιαίο κάθετο N(s)
(iii) B(s) = T(s)times N(s) το δικάθετο διάνυσμα στη θέση α(s)
Το B(s) είναι κάθετο στο επίπεδο κίνησης
Αν θέλουμε να μελετήσουμε το πως αλλάζει
Σχήμα 115 επίπεδο κίνη-
σης μίας καμπύλης
το επίπεδο κίνησης όταν μεταβάλεται το s αρκεί
να κοιτάξουμε πως αλλάζει το αντίστοιχο δικάθετο
διάνυσμα (ή ένα οποιοδήποτε εγκάρσιο διάνυσμα)
Η μεταβολή του εγκάρσιου εξαρτάται από το μέ-
τρο άρα ορίσαμε το εγκάρσιο B(s) το οποίο είναι
μέτρου 1 και συνεπώς μετράει σωστά τον ρυθμό με-
ταβολής Στη συνέχεια θα δούμε ότι Bprime(s) N(s)
Bprime(s) = (T(s)times N(s))prime
= Tprime(s)times N(s) + T(s)times N(s)
= (Tprime(s) N(s)) = 0 + T(s)times Nprime(s)
rArr Bprime(s) perp T(s)
΄Ομως Bprime(s) perp B(s) άρα το Bprime(s) είναι κάθετο στο επίπεδο που ορίζουν τα T(s)και B(s) Επίσης το N(s) είναι κάθετο σε αυτό το επίπεδο ΄Αρα Bprime(s) N(s)και άρα exist αριθμός t(s) τέτοιος ώστε Bprime(s) = t(s)N(s)
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
Ορισμός 143 ΄Εστω α I rarr R3καμπύλη τέτοια ώστε αprimeprime(s) 6= 0 forall s isin I
(s παραμέτρηση μήκους τόξου) Ο αριθμός t(s) που ορίζεται από την σχέσηBprime(s) = t(s)N(s) ονομάζεται συστροφή της α στο s isin I
Παρατήρηση 12 Αν α είναι επίπεδη καμπύλη (δηλαδή το ίχνος της απεριέχεται σε ένα ακριβώς επίπεδο στον R3
) τότε το B(s) είναι πάντα μέτρου 1και πάντα παράλληλο με τον άξωνα zzprime ΄Αρα Bprime(s) = 0rArr t(s) = 0
Αντίστροφα αν t(s) = 0 forall s isin I τότε υποθέτοντας ότι k(s) 6= 0 forall s έχουμεότι Bprime(s) = 0 middotN(s) = 0 άρα B(s) = B0 σταθερό ΄Αρα (α(s)B0)
prime = αprime(s)B0 +Bprime0α(s) = 0 ΄Ομως Bprime0 = 0 και άρα αprime(s) perp B0 ΄Αρα α(s)B0 = σταθερό Καιάρα το α(s) περιέχεται σε επίπεδο σταθερής γωνίας με το B0
παράδειγμα 113 ΄Εστω η καμπύλη
α Rrarr R3 α(t) =
(t 0 eminus
1t2 ) t gt 0
(t eminus1t2 0) t lt 0
0 t = 0
Παρατηρούμε ότι η α(t) είναι κανονική διαφορίσιμη καμπύλη Επίσης ότι
k(t) = 0 για t = 0 και ότι το B(t) δεν είναι συνεχής
Σχήμα 116
η καμπύλη α(t)
στο t = 0 Το δικάθετο δεν συμπεριφέρεται μεσυνεχή τρόπο στο t = 0
t minusrarr 0+ rArr B(t) minusrarr (1 0 0)
t minusrarr 0minus rArr B(t) minusrarr (0 0 1)
Θεώρημα 144 (θεμελιώδες θεώρημα τοπικής θεωρίας καμπυλών) ΄Εστω
I ανοιχτό όχι κατάνάγκη φραγμένο διάστημα και k t I rarr R συνεχείς μεk(s) gt 0 Τότε υπάρχει καμπύλη α I rarr R3
τέτοια ώστε
(i) s παραμέτρηση μήκους τόξου για την α
(ii) k(s) ισούτε με την καμπυλότητα της α στο s
(iii) t(s) ισούτε με την συστροφή της α στο s
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
α
Αν α είναι μία άλλη καμπύλη που ικανοποιεί τις πα-
Σχήμα 117 παράδειγμα
ραπάνω ιδιότητες τότε exist f R3 rarr R3γραμμική
με ορίζουσα +1 (δεν αλλάζει προσανατολισμό) και
διάνυσμα ~c τέτοια ώστε α = fα+~c (βλ παράδειγ-
μα στο σχήμα 117)
14βʹ Ανακεφαλαίωση
Για κάθε τιμή της παραμέτρου s (μήκους τόξου) ορίσαμε τρεία μοναδιαία ορθο-
κανονικά διανύσματα τα T(s) Ni(s)B(s) Τα τρεία αυτά διανύσματα ορίζουν
ένα τρίεδρο που ονομάζεται τρίεδρο Frenet στο s Οι παράγωγοι Tprime(s) και
Bprime(s)
Tprime(s) = k(s)N(s) καμπυλότητα
Bprime(s) = t(s)N(s) συστροφή
ορίζουν γεωμετρικές ποσότητες (καμπυλότητα και συστροφή) οι οποίες μας
δίνουν πληροφορίεσγια την κίνηση της α στο s Είναι εύκολο να εκφράσουμε
καί την Nprime(s) στη βάση TNB
N = Btimes T
Nprime(s) = Bprime(s)times T(s) + B(s)times Tprime(s)
= [t(s)N(s)]times T(s) + B(s)times [k(s)N(s)]
= t(s)[N(s)]times T(s) + k(s)[B(s)times N(s)]
= minust(s)B(s)minus k(s)T(s)
Επίσης
Tprime = kN
Bprime = tN
Nprime = minustBminus kT
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
14γʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
(1) ΄Εστω α(t) = (a cos(t) a sin(t) bt) ο κυλινδρικός έλικας (σχήμα 11)
΄Εχουμε ότι
αprime(t) = (minusa sin(t) a cos(t) b)
rArr αprime(t) middot (0 0 1) = b
΄Αρα η καμπύλη έχει σταθερή γωνία με τον άξωνα των z Θα υπολογίσουμε τις
ποσότητες Frenet
α(s) =(a cos(
sradica2 + b2
) a sin(sradic
a2 + b2)
bsradica2 + b2
)αprime(s) =
(minus aradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)aradic
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)bradic
a2 + b2
)= T(s)
Tprime(s) =(minus a
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
)minus a
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0)
k(s) = αprimeprime(s) = Tprime(s) =a
a2 + b2
Υπολογίζουμε το κύριο κάθετο N(s) από την Frenet σχέση
Tprime = k middot NrArr N(s) =(minuscos( sradic
a2 + b2)minus sin(
sradica2 + b2
) 0)
Στη συνέχεια υπολογίζουμε το δικάθετο
B = TtimesN = middot middot middot =( bradic
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
)minus bradica2 + b2
cos(sradic
a2 + b2)
aradica2 + b2
)
Υπολογίζουμε την συστροφή (στρέψη) από την Frenet σχέση
Bprime = t middot NBprime(s) =
( b
a2 + b2cos(
sradica2 + b2
b
a2 + b2sin(
sradica2 + b2
) 0))
rArr t(s) = minus b
a2 + b2
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
14 middot Τοπικη Θεωρια Καμπυλων
Στο σχήμα 118 βλέπουμε τα διάνυσματα TN και B στην καμπύλη του
έλικα Με κόκκινο χρώμα βλέπουμε το διάνυσμα T με μπλε το διάνυσμα N και
με πράσινο το διάνυσμα B
Σχήμα 118 Τα διανύσματα TN B στον έλικα σχήμα μεγενθυμένο
(2) ΄Εστω η καμπύλη α(s) =(
(1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
) s isin (minus1 1)
Σχήμα 119 α(s)
= ( (1+s)32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2)
T(s) = αprime(s) =(radic1 + s
2minusradic
1minus s2
1radic2
)
|αprime(s)| =
radic1 + s
4+
1minus s4
+1radic2
= 1
΄Αρα s παραμέτρηση μήκους τόξου
αprimeprime(s) = Tprime(s) =( 1
4radic
1 + s
1
4radic
1minus s 0)
k(s) = αprimeprime(s)
=
radic1
16(1 + s)+
1
16(1minus s)
=
radic1minus s+ 1 + s
16(1minus s2)=
1radic8(1minus s2)
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
Το κύριο κάθετο διάνυσμα υπολογίζεται από την σχέση Tprime = kN
N(s) =1
k(s)Tprime(s)
=radic
8(1minus s2)( 1
4radic
1 + s
1
4(1minus s) 0)
=(radic1minus s
2
radic1 + s
2 0)
Το δικάθετο υπολογίζεται από την σχέση B = Ttimes N
B(s) = middot middot middot =(minusradic
1 + s
2
radic1minus s2
radic2
2
)
Bprime(s) =(minus 1
4radic
1 + sminus 1
4radic
1minus s 0)
= minus 1radic8(1minus s2)︸ ︷︷ ︸t(s)
(radic2radic
1minus s2
radic2radic
1 + s
2 0)
︸ ︷︷ ︸N(s)
(3) Να υπολογίσετε τα στοιχεία Frenet της καμπύλης του υπερβολικού έλικα
α(t) = (cosh(t) sinh(t) t) (σχήμα 18) Θυμίζουμε ότι
tanh(t) =et minus eminust
et + eminust
απάντηση
T =1radic2
(tanh(t) 11
cosh(t))
B =1radic2
(minus tanh(t) 1minus 1
cosh(t))
N = (1
cosh(t) 0minus tanh(t))
k =1
2 cosh2(t)
(4) ΄Ομοια για την καμπύλη α(t) = (et cos(t) etsin(t) et)
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
15 middot Ισοπεριμετρικη Ανισοτητα
15 Ισοπεριμετρική Ανισότητα
΄Εστω f [a b]rarr R2 Η f είναι διαφορίσιμη εάν είναι περιορισμός μίας διαφο-
ρίσιμης ορισμένης σε διάστημα I I sup [a b]
Ορισμός 151 Μία κλειστή καμπύλη είναι μία α [a b]rarr R2διαφορί-
σιμη τέτοια ώστε α(a) = α(b) αprime(a) = αprime(b) αprimeprime(a) = αprimeprime(b) κοκ για κάθετάξη Επίσης η α λέγεται απλή αν f |[ab) είναι 1-1
Θυμίζουμε το θεώρημα Green από τον απειροστικό λογισμό 4
Θεώρημα 152 (θεώρημα Green) ΄Εστω C sube R2απλή κλειστή καμπύλη
με μήκος l και εμβαδόν του χωρίου που περικλείεται A Τότε l2minus 4πA ge 0 καιτο ίσον ισχύει αν και μόνο αν ο C είναι κύκλος
Σχήμα 120 θεώρημα Green
Απόδειξη
A =
int l
0
x(s)yprime(s)ds
πr2 + A =int l0xyprime minus yxprimeds
leint l0
radicxyprime minus yxprimeds
leradicy2 + x2[(xprime)2 + (yprime)2]ds
=int l0
radicy2 + x2ds = r middot l
(lowast)
Από την γνωστή ανισότηταradicqradicp le q + p
2έχουμε ότι
(lowastlowast)radicAradicπr2 le A+ πr2
2le rl
2rArr 4Aπr2 le r2l2 rArr l2 minus 4πA ge 0
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
1 middot Καμπυλες
όπως το θέλαμε Εαν l2 = 4πA τότε ισχύουν οι ισότητες (lowastlowast) και (lowast) ΄Αρα
A = πr2 rArr l2 = 4π2r2 rArr l = 2πr Αποδυκνύεται ότι x(s) = plusmnryprime(s) και
y(s) = plusmnrxprime(s)x2 + y2 = r2(y2 + x2) = r2
άσκηση Να δείξετε ότι υπάρχει ορθογώνιο ισοσκελές τρίγωνο T υποτίνου-
σας L το οποίο σκεπάζει ένα σκηνάκι μήκους L το οποίο έχει πέσει στην γη
lsquolsquoστην τύχηrsquorsquo
Σχήμα 121 σκηνάκι μήκους L και ορθογώνιο τρίγωνο υποτίνουσας L
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Κεφαλαιο 2
Επιφανειες στον R3
21 Διαφορισιμότητα Συναρτήσεων Πολλών Μετα-
βλητών
Εάν f U sube R2 rarr R συνάρτηση θα συμβολίζουμε τις μερικές παραγώγους της
f ως προς x ή y στο σημείο (x0 y0) μεpartf
partx(x0 y0) ή αντίστοιχα με
partf
party(x0 y0)
΄Ομοια αν f U sube Rn rarr R θα συμβολίζουμε την μερική παράγωγο ως προς
την πρώτη συντεταγμένη μεpartf
partx1(x10 x20 xn0)
21αʹ Κανόνας Αλυσίδας
΄Εστω
x = x(u v)y = y(u v)z = z(u v)
U sube R2 rarr R
και f(x y z) διαφορίσιμη με πεδίο τιμών το R3 Τότε η σύνθεση
f(x(u v) y(u v) z(u v)) Uxyzminusminusrarr
x(u v)y(u v)z(u v)
fminusrarr R
είναι διαφορίσιμη στο U και οι μερικές παράγωγοι της f ως προς u δίνεται από
την σχέση
partf
partu=partf
partx
partx
partu+partf
party
party
partu+partf
partz
partz
partu
΄Ομοια ως προς v
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
2 middot Επιφανειες στον R3
΄Ολα τα παραπάνω ισχύουν για πραγματικές συναρτήσεις ΄Εστω ότι το
πεδίο τιμών είναι το Rm Μία συνάρτηση F URn rarr Rm
θα λέγεται διαφο-
ρίσιμη στο p isin U εάν οι συντεταγμένες συναρτήσεις της F (F (x1 xn) =(F1(x1 xn) F2(x1 xn) Fn(x1 xn))) είναι διαφορίσιμες στο pέχουνε δηλαδή μερικές παραγώγους κάθε τάξεως στο p
παράδειγμα 21 ΄Εστω F U sube R2 rarr R3 F (u v) = (cos(u) sin(v) cos(u)cos(v) uv) Οι συντεταγμένες συναρτήσεις
F1(u v) = cos(u) sin(v)
F2(u v) = cos(u) cos(v)
F3(u v) = uv
έχουν μερικές παραγώγους ως προς u και v κάθε τάξης forall p isin U ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη στο U
Παρατήρηση 21 ΄Εστω w isin Rmτυχαίο σημείο και p isin Rm
Υπάρχει
πάντα καμπύλη α για την οποία ισχύει
α(0) = p και αprime(0) = w
την χρονική στιγμή περνάει από το p και έχει παράγωγο wΔιότι αν α(t) = (p1 pm) + tw t isin (minusε ε) για t = 0 προφανώς α(0) = pκαι αprime(0) = (p1 + tw1 p2 + tw2 pm + twm) = (w1 w2 wm)
Ορισμός 211 (Διαφορικό) ΄Εστω f U sube Rn rarr Rmδιαφορίσιμη Σε
κάθε σημείο p isin U αντιστοιχίζουμε μία (γραμμική) απεικόνιση dFp Rn rarr Rm
(η οποία λέγεται διαφορικό της f στο p) ως εξής ΄Εστω w isin Rn Από την
παρατήρηση 21 υπάρχει καμπύλη α (minusε ε)rarr U με α(0) = p και αprime(0) = wΗ σύνθεση β = F α (minusε ε)rarr Rm
είναι διαφορίσιμη (από κανόνα αλυσίδας)
οπότε το βprime(0) είναι εξόρισμού το dFp(w)
Πρόταση 212 Ο ορισμός του διαφορικού dFp δεν εξαρτάται από την επι-λογή της καμπύλης α και επιπλέον dFp είναι γραμμική
Απόδειξη Για απλούστευση του συμβολισμού υποθέτουμε ότι n = 2 και
m = 3΄Εστω (u v) συντεταγμένες του U sube R2
και (x y z) συντεταγμένες του
R3 Θεωρώ e1 = (1 0) e2 = (0 1) και f1 = (1 0 0) f2 = (0 1 0) f3 =
(0 0 1) οι στάνταρ βάσεις του R2και R3
Τότε έχουμε α(t)(u(t) v(t)) t isin(minusε ε) αprime(t) = (uprime(t) vprime(t))
w = αprime(0) = uprime(0)e1 + vprime(0)e2 = (uprime(0) vprime(0))
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
21 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
F (u v) = (x(u v) y(u v)z(u v))
β(t) = (F α)(t) = F (α(t)) = (x(u(t) v(t)) y(u(t) v(t)) z(u(t) v(t)))
dFp = βprime(0) = (partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
parttparty
partu
partu
partt+party
partv
partv
parttpartz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt)
=
(partx
partu
partu
partt+partx
partv
partv
partt
)f1 +
(party
partu
partu
partt+party
partv
partv
partt
)f2 +
(partz
partu
partu
partt+partz
partv
partv
partt
)f3
=
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
partu
parttpartv
partt
Παρατηρούμε ότι η απεικόνιση dFp παριστάνεται ως προς τις κανονικές βάσεις
e1 e2 f1 f2 f3 του R2και R3
αντίστοιχα με τον πίνακα
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η dFp είναι γραμμική και ο ορισμός της δεν εξαρτάται από την επιλογή της
καμπύλης α Ο πίνακας
(partFipartxj
)i=1m
F Rn rarr Rm F = (F1 F2 Fm)
και (x1 x2 xn) σημεία του Rm ονομάζεται ιακωβιανή της F στο p Αν
n = m ο πίνακας αυτός είναι τετραγωνικός άρα υπάρχει η det
(partFipartxj
) η οποία
λέγεται ιακωβιανή ορίζουσα
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
2 middot Επιφανειες στον R3
παράδειγμα 22 ΄Εστω F (x y) = (x2 minus y2 2xy)(partFipartxj
)i=12j=12
= dFp
=
part(x2 minus y2)
partx
part(x2 minus y2)party
part2xy
partx
part2xy
party
=
(2x minus2y2y 2x
)΄Εστω p = (1 1) και w = (2 3) τότε
dF(11)(2 3) =
(2 minus22 2
)w =
(2 minus22 2
)(2
amfidiaf primeorish3
)= (minus2 10)
Θεώρημα 213 (κανόνας αλυσίδας) ΄Εστω F U sube Rn rarr Rmκαι G
V sube Rm rarr Rkμε F (U) = V FG διαφορίσιμες και U V ανοιχτά Τότε η
GF U rarr Rkείναι διαφορίσιμη σε κάθε p isin U και d(GF )p = dFF (p) dFp
Θεώρημα 214 ΄Εστω U sube Rnανοιχτό και συνεκτικό και F U rarr R
διαφορίσιμη Εάν dFp Rm rarr R είναι μηδέν σε κάθε p isin U τότε η F είναισταθερή
Απόδειξη ΄Εστω p isin U και B(p δ) sube U μπάλα κέντρου p με ακτίνα δ ΄Εστω
q isin B(p δ) τυχαίο Θεωρώ το ευθύγραμμο
Σχήμα 21η μπάλα B(ρ δ)
τμήμα β [0 1]rarr B(p δ) β(t) = tq+(1minus t)pΗ β (ορισμένη κατάλληλα σε ανοιχτό διάστη-
μα) είναι διαφορίσιμη ΄Αρα είναι διαφορίσιμη
και η F β F β (minusε 1+ε)rarr R Από κανό-
να αλυσίδας d(F β)(t) = dF (β(t))dβ(t) = 0Με άλλα λόγια η F β έχει παράγωγο 0 παν-
τού ΄Αρα είναι σταθερή (F β)(0) = (F β)(1) F (p) = F (q) Και αφού το q είναι τυ-
χαίο έχουμε ότι η F είναι σταθερή στη B(p δ)Τώρα έστω r isin U τυχαίο και έστω α [a b] rarr U με α(a) = p και α(b) = rΗ F α είναι συνεχής και σύνφωνα με το παραπάνω επιχείρημα είναι σταθερή
σε κάθε ανοιχτή μπάλα Δηλαδή forall t isin [a b] exist μπάλα B(α(t) δt) έτσι ώστε
F σταθερή στη B(α(t) δt) με άλλα λόγια forall t isin [a b] exist διάστημα It sube [a b]τέτοιο ώστε F α σταθερή στο It Από την συμπάγεια του [a b] έχουμε ότι
υπάρχουν I1 I2 Ik τέτοια ώστε η F να είναι σταθερή σε κάθε διάστημα
Ii cap Ii+1 6= 0 Τελικώς F σταθερή F (p) = F (q)
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
22 middot Διαφορισιμοτητα Συναρτησεων Πολλων Μεταβλητων
Θεώρημα 215 (αντίστροφης συνάρτησης) ΄Εστω F Rn rarr Rnδιαφορίσι-
μη και έστω p isin U με dFp ισομορφισμός Τότε υπάρχει περιοχή V του p στοU και W του F (p) στο Rn
έτσι ώστε η F |V V rarr W να είναι αμφιδιαφόριση(1-1επί και η Fminus1 διαφορίσιμη)
παράδειγμα 23 ΄Εστω F (x y) = (ex cos(y) ey sin(y)) F R2 rarr R2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις τις F είναι οι u(x y) = ex cos(y) v(x y) =ex sin(y) οι οποίες έχουν μερικές παραγώγους κάθε τάξεως ΄Αρα η F είναιδιαφορίσιμη Η καμπύλη x rarr (x y0) απεικονίζεται στην ημιευθεία κλίσης y0και η καμπύλη y rarr (x0 y) απεικονίζεται στον κύκλο κέντρου (0 0) και ακτίναςex0 Τώρα έχουμε ότι dF(x0y0)(1 0) =(το εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας
Σχήμα 22 (ex cos(y) ex sin(y))
της x rarr (x y0))=d
dx(ex cos(y0) e
x sin(y0))|x=x0 = (ex0 cos(y0) ex0 sin(y0))
και dF(x0y0)(0 1)= (εφαπτόμενο διάνυσμα της εικόνας της y rarr (x0 y))=d
dy(ex0 cos(y) ex0 sin(y))|y=y0 = (minusex0 sin(y0) e
x0 cos(y0))Η ιακωβιανή της F
στο σημείο (x y) είναι
JF (x y) =
partu
partx
partu
partypartv
partx
partv
party
=
(ex cos(y) minusex sin(y)
ex sin(y) ex cos(y)
)
Η ορίζουσα της ιακωβιανής είναι
|JF (x y)| = ex cos2(y) + ex sin2(y) 6= 0 forall (x y)
΄Αρα dF(xy) είναι ισομορφισμός forall (x y) ΄Ομως η F δεν είναι 1-1 άρα απόθεώρημα αντιστρόφου συναρτήσεως υπάρχουν ανοιχτές περιοχές VW F |V V rarr W είναι αμφιδιαφόριση Για παράδειγμα
V = (x y) isin R2minusinfin lt x ltinfin 0 lt y lt 2πW = R2 (0 0)
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
2 middot Επιφανειες στον R3
22 Κανονικές Επιφάνειες
΄Ενα υποσύνολο S sube R2θα λέγεται κανονική επιφάνεια εάν forall p isin S υπάρχει
μία περιοχή V του R3έτσι ώστε
(i) exist u sube R2ανοιχτό και f urarr S cap V επί
(ii) f διαφορίσιμη (οι μερικές παράγωγοι κάθε τάξεως υπάρχουν)
(iii) f είναι ομοιομορφισμός (δηλαδή η f είναι 1-1 και fminus1 είναι συνεχής)
(iv) (κανονικότητα) forall q isin U το διαφορικό dFq R2 rarr R3είναι 1-1
Η απεικόνιση f ονομάζεται παραμετρικοποίηση ή σύστημα συντεταγμένων στο
p
Σχήμα 23 τομή σφαίρας και ενός επιπέδου
Στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι το σύνολο S είναι το επίπεδο το
σύνολο V είναι η σφαίρα και ότι το σημείο p βρίσκεται στην τομή S cap V
΄Εστω q = (x0 y0) isin U και έστω (1 0) (0 1)
Σχήμα 24 το σημείο q
η κανονική βάση του R2(συντεταγμένες u v)
και (1 0 0) (0 1 0) (0 0 1) η κανονική βάση
του R3(συντεταγμένες x y z) Το (1 0) εί-
ναι εφαπτόμενο του u rarr (u v0) και το (0 1)είναι εφαπτόμενο του v rarr (u0 v) και εικόνες
αυτών των καμπυλών έχουν εφαπτόμενα δια-
νύσματα τα διανύσματα
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(partx
partuparty
partupartz
partu
)=
partf
partu(partx
partvparty
partvpartz
partv
)=
partf
partv
Εξόρισμού του διαφορικού dFq(e1) =partf
partuκαι dFq(e2) =
partf
partvο πίνακας του
διαφορικού είναι dFq R2 rarr R3
partx
partu
partx
partvparty
partu
party
partvpartz
partu
partz
partv
Η συνθήκη (iv) λέει ότι το διαφορικό είναι 1-1 ή ισοδύναμα
partf
partutimes partfpartv6= 0 ή ότι
ταpartf
partuκαι
partf
partvείναι γραμμικά ανεξάρτητα
παράδειγμα 24 Η μοναδιαία σφαίρα S2 = (x y z) isin R3x2 + y2 + z2 =1 είναι κανονική επιφάνεια ΄Εστω η απεικόνιση f1 U sube R2 rarr R3
όπου
U = (x y) isin R2x2 + y2 lt 1 και f1(x y) = (x yradic
1minus x2 minus y2) Στοσχήμα 25 βλέπουμε την απεικόνιση από το U στο f1(U) που είναι το ανοιχτόάνω ημισφαίριο της S2
Οι συντεταγμένες συναρτήσεις της f έχουν μερικέςπαραγώγους κάθε τάξεως άρα η f1 είναι διαφορίσιμη Το διαφορικό της f1δίνεται από τον πίνακα
partx
partx
partx
partyparty
partx
party
party
partradic
1minus x2 minus y2partx
partradic
1minus x2 minus y2party
=
1 0
0 1
minusxradic1minus x2 minus y2
minusyradic1minus x2 minus y2
΄Αρα dF1 είναι 1-1 Η Fminus1 είναι ο περιορισμός της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) στο άνω ημισφαίριο f1(U) άρα η f1 είναι συνεχής
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
2 middot Επιφανειες στον R3
Σχήμα 25 Η απεικόνιση f1 από τον κυκλικό δίσκο στο ανοιχτό άνω ημισφαίριο
της S2
Σχήμα 26 κάλυψη της σφαίρας S2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Μένει να καλύψουμε όλη την S2(σχήμα 26) Αυτό θα γίνει με τις παρα-
κάτω συναρτήσεις
f2(x y z) = (x yminusradic )
f3(x y z) = (x+radic z)
f4(x y z) = (xminusradic z)
f5(x y z) = (+radic y z)
f6(x y z) = (minusradic y z)
22αʹ Σφαιρικές Συντεταγμένες
Σχήμα 27 σφαιρικές συντεταγμένες
0 le φ le π
0 le θ le 2π
ρ gt 0
παράδειγμα 25
S2 = (x y z)x2 + y2 + z2 = 1
Θεωρούμε V = (θ φ)0 lt θ lt 2π 0 lt φ lt π και f V rarr R3 f(θ φ) =(cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) Η f είναι παραμετρικοποίηση για την S2
Οι συντεταγμένες της f (δηλαδή cos(θ) sin(φ) sin(θ) sin(φ) cos(φ)) έχουνμερικές παραγώγους κάθε τάξεως άρα f διαφορίσιμη Το διαφορικό της fδίνεται από τον πίνακα
part(cos(θ) sin(φ))
partθ
part(cos(θ) sin(φ))
partφ
part(sin(θ) sin(φ))
partθ
part(sin(θ) sin(φ))
partφ
part(cos(φ))
partθ
part(cos(φ))
partφ
΄Αρα το διαφορικό της f σε σημείο (θ φ) df(θφ) είναι 1-1
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
2 middot Επιφανειες στον R3
Τώρα έστω C = (x y z) isin S2x ge 0 y = 0 όπως το σχήμα 28Προφανώς f(V ) = S2 C ΄Εστω p isin S2 C Το φ του σημείου αυτού
Σχήμα 28 η σφαίρα S2με τα επίπεδα y = 0 και z = 0
καθορίζεται μοναδικά από την σχέση φ = cosminus1(z) Για δοσμένο φ βρίσκωμοναδικά το θ από την σχέση
cos(θ) sin(φ) = xsin(θ) sin(φ) = y
rArr
cos(θ) =x
sin(φ)
sin(θ) =y
sin(φ)
Για τυχόν p = (x y z) isin S2 C exist (θ φ)f(θ φ) = (x y z) = p Ορίζωτο σύνολο C prime = (x y z) isin S2z = 0 x le 0 όπως το σχήμα 28 ΄Ομοιαορίζουμε g V rarr R3
με
g(θ φ) = (sin(θ) sin(φ) cos(φ) cos(θ) sin(φ))
g(V ) = S2 C prime
Πρόταση 221 ΄Εστω f U sube R2 rarr R διαφορίσιμη (U ανοιχτό) Τοσύνολο (x y f(x y))x y isin U είναι κανονική επιφάνεια
Απόδειξη Θεωρούμε την απεικόνιση f U rarr R3 f(u v) = (u v f(u v))Θα δείξουμε ότι η f είναι παραμετρικοποίηση της S που καλύπτει όλη την S
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Η συνθήκη (i) του ορισμού ισχύει(διαφορισιμότητα) Για την συνθήκη (iii)έχουμε ότι το διαφορικό ισούτε με
dfp =
partu
partu
partu
partvpartv
partu
partv
partvpartf
partu
partf
partv
=
1 00 1partf
partu
partf
partv
Τώρα αφού αυτά τα δύο διανύσματα είναι γραμμικά ανεξάρτητα έχουμε ότι το
dfp είναι 1-1 Τέλος για την συνθήκη (ii) του ορισμού έχουμε ότι η f είναι
1-1 διότι forall σημείο (x y z) isin f(u) exist σημείο (x y) isin U f(x y) = (x y z)(η f είναι 1-1 αφού τα αρχέτυπα (x y ) εμπεριέχονται μέσα στις εικόνες)
΄Αρα exist fminus1 η οποία είναι ίση με τον περιορισμό f(U) της προβολής π R3 rarrR2 (x y z) 7rarr (x y) ΄Αρα είναι αμφιδιαφόριση
Ορισμός 222 ΄Εστω f URn rarr Rm U ανοιχτό Θα λέμε ότι το p isin Uείναι κρίσιμο σημείο για την f εάν dfp Rn rarr Rm
δεν είναι επί Η εικόνα
f(p) λέγεται κρίσιμη τιμή της f Εάν ένα σημείο q isin Rmδεν είναι κρίσιμη
τιμή τότε λέγεται κανονική τιμή
Η ορολογία προέρχεται από την περί-
Σχήμα 29 παράδειγμα κρίσιμων και κα-
νονικών τιμών
πτωση των συναρτήσεων f Rrarr Rκαι τις ιδιότητες της παραγώγου
f(x0) κανονική τιμή f prime(x0) 6= 0
Παρατήρηση 22 (αναγνώριση κανονικών τιμών) ΄Εστω f UR3 rarr Rδιαφορίσιμη και U ανοιχτό Εφαρμόζουμε το διαφορικό της f dfp στο (1 0 0)για να βρούμε το εφαπτόμενο διάνυσμα της καμπύλης xrarr f(x y0 z0) άρα
dfp(1 0 0) =partf
partx
∣∣∣∣p
=partf
partx(x y0 z0)
∣∣∣∣x=x0
= fx
΄Ομοια dfp(0 1 0) =partf
party(x0 y z0) = fy και dfp(0 0 1) =
partf
partz(x0 y0 z) = fz
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
2 middot Επιφανειες στον R3
Το διαφορικό της f στο p είναι ο 1times3 πίνακας dfp(fx fy fz) Για να ίναι επίη dfp (δεδομένου ότι έχει πεδίο τιμών διάστασης 1) πρέπει και αρκεί τουλάχιστονένα από τα fx fy fz να είναι 6= 0 Συνεπώς το a isin f(U) είναι κανονική τιμήτης f U sube R3 rarr RhArr οι fx fy fz δεν μηδενίζονται όλες στο fminus1(a)
παράδειγμα 26 ΄Εστω f(x y z) = (x2 + y2 + z2 minus 1) f R3 rarr R Το
0 isin R είναι κανονική τιμή για την f Οι
fx = 2xfy = 2yfz = 2z
μηδενίζονται όλεςμαζί μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποίο όμως δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα είναικανονική τιμή
Πρόταση 223 ΄Εστω f U sube R3 rarr R διαφορίσιμη με a isin f(U) κανονικήτιμή για την f τότε fminus1(a) είναι κανονική επιφάνεια
Από προηγούμενη πρόταση υποθέτουμε (αλλάζοντας αν χρειαστεί τους ά-
ξωνες) ότι fz 6= 0 ΄Εστω p = (x0 y0 z0) isin fminus1(a) ορίζουμε F U sube R3 rarrR F (x y z) 7rarr F (x y f(x y z)) Το πεδίο ορισμού της F έχει συντεταγ-
μένες x y z και το πεδίο τιμών της u v t Το διαφορικό της F στο p είναι 1 0 00 1 0fx fy fz
και det(Fp) = fz 6= 0 (lowast)
Σχήμα 210 Το γράφημα του fminus1 cap V και η προβολή του W
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Από την (lowast) εφαρμόζεται το θεώρημα αντίστροφης συνάρτησης το οποίο
μας δίνει των περιοχών V του p και W του F (p) έτσι ώστε F V rarr W να
είναι αντιστρέψιμη Αφού Fminus1 είναι διαφορίσιμη οι συντεταγμένες συναρτήσεις
του Fminus1 x = u y = v z = g(u v t) (u v t isin W ) είναι διαφορίσιμες Για
t = a έχουμε την συνάρτηση z = g(u v a) = h(u v) η οποία είναι διαφορίσιμη
και έχει πεδίο ορισμού την προβολή του W στο uminus v επίπεδο Το fminus1(a)cap Vείναι το γράφημα της h άρα είναι κανονική επιφάνεια (σχήμα 210)
παράδειγμα 27 Θα δείξουμε ότι το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1 είναι
κανονική επιφάνεια Θεωρώ την συνάρτη-
Σχήμα 211
το υπερβολοειδές minusx2minusy2+z2 = 1
ση f(x y z) = z2minusx2minusy2minus1 (x y z) isinfminus1(0)hArr (x y z) ικανοποιεί την εξίσωσηminusx2 minus y2 + z2 = 1 Το 0 είναι κανονικήτιμή για την f διότι
partf
partx= minus2x
partf
party= minus2y
partf
partz= 2z
Οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται ταυ-
τόχρονα μόνο στο σημείο (0 0 0) το οποί-ο δεν ανήκει στο fminus1(0) ΄Αρα από τηνπρόταση 223 που λέει ότι η αντίστροφη
εικόνα κανονικής τιμής είναι κανονική ε-
πιφάνεια έχουμε το ζητούμενο ότι δηλαδή
το υπερβολοειδές minusx2 minus y2 + z2 = 1 είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 28 (σπείρα - λουκουμάς - τόρος) ΄Εστω η επιφάνεια T που
γενιέται περιστρέφοντας κύκλο ακτίνας r
Σχήμα 212 τόρος
γύρω από άξωνα που απέχει a gt r από τοκέντρο του κύκλου Θεωρώ την κατασκευ-
ή με κύκλο κέντρου (0 a 0) ακτίνας r στοy minus z επίπεδο
(y minus a)2 + z2 = r2
κενο
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
2 middot Επιφανειες στον R3
κενο
Σχήμα 213 zoom τόρου
Από το σχήμα 213 έχουμε
xB = z xG = r BG = OGminusOB = aminusradicx2 + y2
΄Αρα z2 = xB2 minusBG2(πυθαγόρειο θεώρημα στο τρίγωνο
MxBG)
z2 = r2 minus (aminusradicx2 + y2)2 (lowast)
(x y z) isin T hArr (x y z) ικανοποιεί την (lowast)
f(x y z) = z2 + (aminusradicx2 + y2)2
Τότε T = fminus1(r2) Η f είναι διφορίσιμη σε κάθε σημείο (x y z) για το οποίο(x y) 6= 0 (οκ αφού zzprime cap T = empty)
partf
partz= 2z
partf
partx=minus2x(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
partf
party=minus2y(aminus
radicx2 + y2)radic
x2 + y2
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
22 middot Κανονικες Επιφανειες
Οι μερικές μηδενίζονται όλες μαζί
hArr (z = 0) and
x = 0ή
x2 + y2 = a2
and y = 0
ή
x2 + y2 = a2
rArrείτε x = y = z = 0 είτε x2 + y2 = a2 Κανένα από τα παραπάνω σημεία δενανήκει στο fminus1(r2) άρα η T είναι κανονική επιφάνεια
Πρόταση 224 (αντίστροφη πρότασης 221) ΄Εστω S κανονική επιφάνειακαι p isin S Τότε υπάρχει περιοχή V του p στο S έτσι ώστε η V να είναιτο γράφημα μιας διαφορίσιμης συνάρτησης η οποία έχει μία πό τις παρακάτω
μορφές
z = f(x y) y = g(x y) x = h(y z)
22βʹ Ασκήσεις - Παραδείγματα
παράδειγμα 29 ΄Εστω f(x y z) = z2 Το 0 isin R δεν είναι κανονική τιμήαλλά το fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια
partf
partx= 0
partf
party= 0
partf
partz= 2z
Για το σημείο (0 0 0) isin R οι μερικές παράγωγοι μηδενίζονται επειδή το σημείο(0 0 0) isin fminus1(0) rArr 0 όχι κανονική τιμή fminus1(0) = (x y z) f(x y z) =0 = (x y 0) x y isin R = xy-επίπεδο το οποίο είναι κανονική επιφάνεια
παράδειγμα 210 ΄Εστω f(x y z) = (x+y+ zminus1)2 και g(x y z) = xyz2Να βρεθούν τα κρίσιμα σημεία οι κρίσιμες τιμές και για ποιά c τα σύνολαfminus1(c) και gminus1(c) είναι κανονικές επιφάνειες
partf
partx= 2(x+ y + z minus 1) =
partf
party=partf
partz
Τα σημεία στα οποία μηδενίζονται όλες οι μερικές παράγωγοι είναι τα σημεία
του επιπέδου E = (x y z) isin R3 x + y + z minus 1 = 0 =(κρίσιμα σημεία)Το 0 δεν είναι κανονική τιμή αφού f(ενός σημείου της Ε) = 0 fminus1(0) =τοεπίπεδο Ε άρα fminus1(0) είναι κανονική επιφάνεια fminus1(c) (c ge 0) είναι εξίσωσηεπιφάνειας (δηλαδή επιπέδου)
partg
partx= yz2
partg
party= xz2
partg
partz= 2xyz
Τα σημεία (x y z) isin R3τα οποία μηδενίζουν ταυτόχρονα όλες τις μερικές
παραγώγους είναι οι άξωνες xxprime or yyprime or zzprime Η μοναδική κρίσιμη τιμή είναι το
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
2 middot Επιφανειες στον R3
0 Τα κρίσιμα σημεία είναι οι άξωνες xxprimeoryyprimeor zzprime και οι κανονικές τιμές είναιτα σημεία που ανήκουν στο σύνολο R 0Το gminus1(0) δεν είναι επιφάνεια και το gminus1(c) είναι κανονική επιφάνεια forallc 6= 0
larrrarr
Σχήμα 214 (x+ 1)2 + y2 = 1 cup (xminus 1)2 + y2 = 1
Για κάθε σημείο (0 0 z) δεν έχει σύστημα συντεταγμένων
παράδειγμα 211 Θα δείξουμε ότι f(u v) = (sinh(u) cos(v) sinh(u) sin(v)cosh(u)) είναι σύστημα συντεταγμένων για το υπερβολοειδές 1 + x2 + y2 = z2
(σχήμα 211)
Κοιτάμε αν f(u v) ανήκει στο υπερβολοειδές
sinh2(u) cos2(v) + sinh2(u) sin2(v) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u)(cos2(v) + sin2(v)) + 1 = cosh2(u)
sinh2(u) + 1 = cosh2(u) (ισχύει)
΄Αρα ανήκει στο υπερβολοειδές
Κοιτάμε αν η f είναι 1-1 ΄Εστω (u v) (uprime vprime) έτσι ώστε f(u v) = f(uprime vprime)Τότε
sinh(u) cos(v) = sinh(uprime) cos(vprime)
sinh(u) sin(v) = sinh(uprime) sin(vprime)
cosh(u) = cosh(uprime)
Από την τρίτη εξίσωση έχουμε ότι u = plusmnuprime
(i) Αν u = uprime έχουμε ότι
cos(v) = cos(vprime) και sin(v) = sin(vprime)
άρα v = vprime rArr u = uprime και v = vprime
΄Αρα η f είναι 1-1
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
22 middot Κανονικες Επιφανειες
(ii) Αν u = minusuprime έχουμε ότι
sinh(u) sin(v) = minus sinh(u) sin(vprime)
rArr u = 0 (άτοπο)
΄Αρα u = uprime και η f είναι 1-1Τέλος κοιτάμε αν είναι επί ΄Εστω (x y z) isin S+
Για τυχαίο z gt 0 existμοναδικός αριθμός u τέτοιος ώστε cosh(u) = z Το V καθορίζεται μοναδικά
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Παραρτημα Αʹ
Σχηματα Σχεδιασμενα στοMathematica 52
Παρακάτω υπάρχει ο κώδικας των σχημάτων που σχεδιάστηκαν με το πρό-
γραμμα Mathematica 52 Τα σχήματα που λείπουν έχουν σχεδιαστεί με το
πρόγραμμα Dia-Diagram
Γραφικο 1
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
8
sx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalsesx1 = ParametricPlot3D[f [t] tminus9 9Boxed-gtFalseAxes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200Axes-gtFalse ImageSizerarr 200DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanv[u ] = Simplify[frdquo[u]]tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=tanvectors[u ]=Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]RGBColor[Random[]Random[]Random[]]]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]Show[sx1Table[tanvectors[s] sminus8 8 1]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]DisplayFunctionrarr $DisplayFunction]
Γραφικο 2
ltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3Dltlt GraphicsPlotField3D
PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2PlotVectorField3D[x y z x 0 2 y 0 2z 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr Truez 0 2PlotPointsrarr 5VectorHeadsrarr True
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Boxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueBoxedrarr FalseColorFunctionrarr HueViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]ViewPoint-gt2233minus2259 1168]
Γραφικο 3
ltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraltlt GraphicsPolyhedraShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseShow[Stellate[Polyhedron[Octahedron] 3]Boxedrarr FalseViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]ViewPoint-gt0667 1340 3034 ImageSizerarr 250]
σχημα 11
ParametricPlot3D[
Cos[t] Sin[t] t4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10ParametricPlot3D
[Cos[t] Sin[t] t
4
tminus5 10
Boxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseTicksrarr 0 0 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0015]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]ImageSizerarr 90]
σχημα 12
ParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueParametricPlot3D [et eminust 2t tminus3 3Boxedrarr TrueViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0ViewPointrarr 1888 2633 975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 13
ltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowltlt GraphicsArrowsx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45sx1 = ParametricPlot [t3 minus 4t t2 minus 4 tminus45 45Ticks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yTicks-gtminus5 5 2minus2minus4AxesLabel-gtx yAxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Show[sx1Graphics[Hue[0]Arrow[minus9 2 minus5 7]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]Graphics[Hue[0]Arrow[5 7 9 2]]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionAspectRatiorarr 1]
σχημα 14
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] tminus4 4Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]AspectRatiorarr 1AxesLabelrarr x y]
σχημα 15
sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 sx1 = ParametricPlot[t tand3 t 0 22Ticksrarr 1 2 DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics[Dashing[001 001]Line[1 0 1 1]]Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] Graphics [Dashing[0015 002]Line [2 0 2 23]] AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]AxesLabelrarr x yDisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 16
sx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πsx = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 6πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0sx1 = ParametricPlot[Sin[t]Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4sx2 = ParametricPlot[Sin[t] + 15Cos[t] + 1 tminus4 4AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]AxesOriginrarr 0 0DisplayFunction rarr Identity]Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr Show[sx sx1 sx2AspectRatiorarr 05Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[002]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]RGBColor[1 0 0]Thickness[004]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 17
sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3sx1 = ParametricPlot[tminus Sin[t] 1minus Cos[t] t 0 3Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]Ticksrarr DisplayFunction rarr Identity]
sx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πsx2 = ParametricPlot[Cos[t] + 12 Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]lin1 = Show[Graphics[Line[12 0 12 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πsx3 = ParametricPlot[Cos[t] Sin[t] + 1 t 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[02 05 15 1]]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]lin2 = Show[Graphics[Line[028 064 12 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]lin3 = Show[Graphics[Line[028 064 12 064]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]lin4 = Show[Graphics[Line[028 064 028 0]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]gr1 = Show[Graphics[Text[E 14 1]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]gr2 = Show[Graphics[Text[D 14 07]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]gr3 = Show[Graphics[Text[A 03 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]gr4 = Show[Graphics[Text[B 03minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]gr5 = Show[Graphics[Text[O minus01minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]gr6 = Show[Graphics[Text[t 11 085]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]gr7 = Show[Graphics[Text[G 14minus01]]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3Show[sx1 sx2 sx3 lin1 lin2 lin3 lin4 gr4 gr2 gr1 gr3gr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr Automaticgr5 gr6 gr7AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 18
sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3sx1 = Plot[Cosh[x] xminus3 3Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]Epilograrr Text[Cosh minus23 3]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = Plot[Sinh[x] xminus3 3DisplayFunctionrarr Identity]
sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]sxhmata = Show[sx1 sx2Graphics[Text[Sinh minus1minus25]]Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3sx3 = ParametricPlot3D[Cosh[t] Sinh[t] t tminus3 3ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr ViewPoint-gt1208 3007 0975Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]Show[GraphicsArray[sxhmata sx3]]
σχημα 19
ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4ParametricPlot [eminustCos[5t] eminustSin[5t] t 0 4Ticksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticTicksrarr AspectRatiorarr AutomaticAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 116
sx1 = ParametricPlot3D[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2sx1 = ParametricPlot3D
[t 0 e
minus1
t2
t 001 2
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
sx2 = ParametricPlot3D[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001sx2 = ParametricPlot3D
[t e
minus1
t2 0 tminus2minus001
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionShow[sx1 sx2DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975ViewPoint-gt2616minus1912 0975Ticksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zTicksrarr 0 0 0AxesLabelrarr x y zBoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 118
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
f [t ]=
Cos[t] Sin[t] t
4
tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]] tanu[u ] = Simplify [partuf [u]]
tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]tanv[u ] = Simplify
[minusCos
[uradic1+ 1
16
]minusSin
[u
1+ 116
] 0
]
dianb[u ] =dianb[u ] =dianb[u ] =
Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]Simplify
[14radic1+ 1
16
Sin
[uradic1+ 1
16
]minus 14radic
1+ 116
Cos
[uradic1+ 1
16
] 1radic
1+ 116
]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]tanvectors[u ]=Arrow[tanu[u]Tailrarr f [u]Red]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[tanv[u]Tailrarr f [u]Blue]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]Arrow[dianb[u]Tailrarr f [u]RGBColor[0 1 0]]
Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]Show[sx1 tanvectors[minus2] ImageSizerarr 300]
σχημα 119
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
ParametricPlot3D
[(1+s)
32
3 (1minuss)
32
3 sradic
2
sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr sminus1 1Ticksrarr BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]BoxStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[01]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]]
σχημα 23
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapessx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[v]Sin[u] Sin[v]Sin[u]Cos[u] v 0 2πu 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]u 0 πDisplayFunctionrarr Identity]sx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x ysx2 = InequalityPlot3D [x2 + y2 + z2 le 1 and minus001 lt z lt 001 x yzAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]zAxes-gtFalseDisplayFunctionrarr Identity]sx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr Falsesx3 = Plot3D[0 xminus15 15 yminus15 15Boxedrarr FalseAxesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Axesrarr FalseColorFunctionrarr GrayLevelDisplayFunctionrarr Identity]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]Show[WireFrame[sx1] sx2WireFrame[sx3]DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447DisplayFunction rarr $DisplayFunctionViewPoint-gt1844 2802 0447Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]Boxedrarr FalseAxesrarr FalseAspectRatiorarr Automatic ImageSizerarr 500]
σχημα 25
ltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsltlt GraphicsInequalityGraphicsComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zComplexInequalityPlot[Abs[z] le 1 zTicksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]Ticksrarr minus1minus5 5 1 minus1minus5 5 1]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]θ 0 2Pi φ 0Pi2]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseShow[sx1 tanvectorsViewPoint-gt2915 1539minus0764Boxedrarr FalseAxesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]Axesrarr False ImageSizerarr 600]
σχημα 26
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Pisx1 = ParametricPlot3D[Cos[θ]Sin[φ] Sin[θ]Sin[φ]Cos[φ] θ 0 2Piφ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]φ 0PiDisplayFunction rarr Identity]g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2g1[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]P1[u v ] = x[u v] y[u v] g1[x[u v] y[u v]]
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
sx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[P1[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2g2[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]P2[u v ] = x[u v] y[u v] g2[x[u v] y[u v]]sx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πsx3 = ParametricPlot3D[P2[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2g3[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]P3[u v ] = x[u v] g3[x[u v] y[u v]] y[u v]sx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πsx4 = ParametricPlot3D[P3[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2g4[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]P4[u v ] = x[u v] g4[x[u v] y[u v]] y[u v]sx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πsx5 = ParametricPlot3D[P4[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2g5[x y ] = 4minus x2 minus y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P5[u v ] = g5[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πsx6 = ParametricPlot3D[P5[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2g6[x y ] = minus4 + x2 + y2x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]x[u v ] y[u v ] = uCos[v] uSin[v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]P6[u v ] = g6[x[u v] y[u v]] x[u v] y[u v]sx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πsx7 = ParametricPlot3D[P6[u v] u 0 1 v 0 2πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]tanvectors = Arrow[15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0 15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0 0minus15Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[minus15 0 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Arrow[0minus15 0Tailrarr 0 0 0Thickness[007]]Show[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseShow[sx1 sx2 sx3 sx4 sx5 sx6 sx7 tanvectorsBoxedrarr FalseAxesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]Axesrarr FalseDisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 800]
σχημα 28
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] 0Cos[s] t 0 2π s 0 π
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356PlotPointsrarr 50ViewPoint-gt2797 1336 1356DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]Sin[s] Sin[t]Sin[s] 0 t 0 2πs 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]s 0 πPlotPointsrarr 60DisplayFunction rarr Identity]
Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Show[sx1 sx2Graphics3D[Text[y-axis 5 16 0]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[x-axis 1minus9minus7]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[z-axis minus12minus6 1]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[C minus12minus3 7]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]Graphics3D[Text[Crsquo minus12 7minus2]]WireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseWireFrame[Graphics3D[Sphere[1]]]Boxedrarr FalseTextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1TextStylerarr FontSizerarr 22AxesEdgerarr minus1minus1minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr 0 1 0 1 ImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionImageSizerarr 600DisplayFunctionrarr $DisplayFunctionAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]]
σχημα 210
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapes
ltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColorsltlt GraphicsColors
sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]sx1 = Show[box[0 2 minus1 3 4 7]DisplayFunctionrarr Identity]
setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z0setup3[z0 ]=Graphics3D[Polygon[0minus1 z0 2minus1 z0 2 3 z00 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]0 3 z0 0minus1 z0]]sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4sx2 = ParametricPlot3D[t s 0 tminus2 4 sminus2 4DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]
protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]protosxhma = Show[sx1 setup3[55] setup3[0]WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[u minus16minus2 12]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[v 4 4 04]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t 0 0 8]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[t=a 02 02 5]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[π(W) 7 9 0Backgroundrarr GrayLevel[8]]]Graphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseGraphics3D[Text[W 36 02 7]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10Ticksrarr ImageSizerarr 300TextStylerarr FontSizerarr 10AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]
sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3sx3 = ParametricPlot3D[t s Sin[t] + 5 t 0 2 sminus1 3DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]DisplayFunctiongtIdentity]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]deyterosxhma = Show[sx1 sx3WireFrame[sx2]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D[Text[V 36 02 9]]Graphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalseGraphics3D [Text [fminus1(a)capV 44 02 8]] Boxed-gtFalse
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdge-gt1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10Ticks-gt ImageSizerarr 300TextStyle-gtFontSizerarr 10AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStyle-gtRGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600Show[GraphicsArray[deyterosxhma protosxhma] ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 211
ltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dltlt GraphicsContourPlot3Dsx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5sx1 = ContourPlot3D [minusx2 minus y2 + z2 minus 1 xminus5 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5yminus5 5 zminus5 5PlotPointsrarr 3 5Boxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueBoxedrarr FalseAxesrarr TrueTicksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1Ticksrarr minus1 0 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1AxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zAxesLabelrarr x y zViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294ViewPoint-gtminus2568minus1784 1294DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]Show[sx1Show[sx1Show[sx1Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5minus1 0 0minus1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Line[minus5 5 1 0 0 1]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]Graphics3D[Text[x minus2 5minus4]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
σχημα 212
ltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesltlt GraphicsShapesShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseShow[Graphics3D[Torus[25 1]]Boxedrarr FalseAxesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Axesrarr TrueAxesEdgerarr 1minus1 minus1minus1 minus1 1Ticksrarr Ticksrarr Ticksrarr AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]ViewPoint-gtminus0654minus2876 1659]
σχημα 213
sx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[0Cos[t] + 3 Sin[t] tminusπ πPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zPlotRangerarr minus4 4 minus4 4 minus2 2AxesLabelrarr x y zBoxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910ViewPoint-gt2995 1286 0910
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]DisplayFunctionrarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[3Sin[s] 3Cos[s] 0 sminusπ πDisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]DisplayFunction rarr Identity]protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2protosxhma = Show[sx1 sx2Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Graphics3D[Dashing[0017 0018]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Line[0 0 0 0 4 0]]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
] 0 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]Line
[0Cos
[3 π45
]+ 3 Sin
[3 π45
]
0Cos[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Graphics3D[Thickness[0006]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]Line
[0 3 0
0Cos
[3 π45
]+ 3 0
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
0Cos
[3 π45
]+ 3 015
]]
Graphics3D[Graphics3D[Graphics3D[Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
Line
[0Cos
[3 π45
]+ 315 15
0Cos[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
0Cos
[3 π45
]+ 315 0
]]
Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Point[0 0 0]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[(000) 0 0 02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[A 0 19minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[B 0 25minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[G 0 3minus02]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Graphics3D[Text[x 0 25 1]]Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr Axesrarr TrueTicksrarr DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600DisplayFunction rarr $DisplayFunction ImageSizerarr 600TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13TextStylerarr FontSizerarr 13AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[0005]]
σχημα 214
sx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πsx1 = ParametricPlot3D[Cos[t] + 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]sx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πsx2 = ParametricPlot3D[Cos[t]minus 1 Sin[t] s tminusπ πs 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]s 0 1DisplayFunction rarr Identity]Show[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseShow[sx1 sx2Boxedrarr FalseAxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1AxesEdgerarr minus1minus1 minus1minus1 minus1minus1Ticksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zTicksrarr minus2minus1 0 1 2 AxesLabelrarr x y zAxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]AxesStylerarr RGBColor[1 0 0]Thickness[001]
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]DisplayFunction rarr $DisplayFunction]
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Βιβλιογραφια
[1] Στοιχειώδης διαφορική γεωμετρία Orsquoneil
[2] Διαφορική γεωμετρία Μάλλιος
[3] Modern differential geometry of curves and surfaces Singer Thorpe
[4] Differential geometry (βασισμένο σε Mathematica και Maple) AlfredGrey
[5] Riemman geometry Gallot Hulin La Fontaine προχωρημένο βιβλίο
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
Ευρετηριο
αμφιδιαφόριση 29
απλή 21
διαφορίσιμη συνάρτηση 3 21
διαφορικό 26
δικάθετο διάνυσμα 15
επίπεδο κίνησης 15
εξωτερικό γινόμενο 11
ιδιάζων σημείο 5
ιχνος της καμπύλης 3
κύριο κάθετο 14
καμπυλότητα 13
κανονική επιφάνεια 30 34 36
κανονική καμπύλη 5
κανονική τιμή 35
κλειστή καμπύλη 21
κρίσιμη τιμή 35
κρίσιμο σημείο 35
λεία συνάρτηση 3
μήκος τόξου 6
παραμετρικοποίηση 30
παραμετρικοποιημένη καμπύλη 3
σύστημα συντεταγμένων 30
σημείο ιδιομορφίας 5 15
συστροφή 16
τρίεδρο Frenet 17
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams
diamsΟι
ση-
μειώσεις
της διαφορι-
κής γεωμετρίας
στοιχειοθετήθηκαν
με το LATEX 2ε Το
υπολογιστικό περιβάλλον
ήταν Linux Η βιβλιογραφία
κατασκευάστηκε με το bibTEX καιτο ευρετήριο με το makeindex Ταμαθηματικά σχεδιαγράμματα
έγιναν με το mathematica52 και το Dia-DiagramΗ επεξεργασία του
κειμένου έγινε
με το πρό-
γραμμα
kile193diams