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高斯定理证明(“高斯绝妙定理”到底是什么)

内容摘要从数学发展的历史来看,微分几何几乎和微积分同时诞生,甚至可以说,微分几何还要早一些,因为在早期的微积分中,还存在很多来自几何的观念。我们对微分几何有了全新的认识,被研究的几何对象不再被看作通常的欧式空间的一部分,而是它本身就是一个空间。

从数学发展的历史来看,微分几何几乎和微积分同时诞生,甚至可以说,微分几何还要早一些,由于在初期的微积分中,还存在许多来自几何的思想。我们都知道,古典的微分几何在高斯这里发展到了高峰,

“内蕴几何”

自此被提出此后。我们对微分几何有了全新的认识,被研究的几何目标不再被当作通常的欧式空间的一部分,而是它本身就是一个空间。高斯的“内蕴几何”之后被

黎曼

(毫无疑问,黎曼是高斯最杰出的学生)推广到随意维数的黎曼流形上,黎曼几何也就此诞生。但在这一微分几何发展中,

“高斯绝佳定律”

起到了关键的启发作用。那么,“高斯绝佳定律”究竟是什么?它到底奇特在哪里?

高斯定理证明(“高斯绝妙定理”到底是什么)

曲面基本方式

首先,我们考虑三维空间里的参数曲面,它可以用2个参数表示出来:

高斯定理证明(“高斯绝妙定理”到底是什么)

为了探索的简单,我们往往要假设坐标函数是参数高次(一般大于二次)可微函数,并且沿2个参数角度的切向量

ru

rv

(也即分别对u和v求导所得)处处线性无关。这样的曲面具有较好的微分特性,一般称作

正则曲面

有了参数表示后,就可以定义出一个曲面的“衡量”,也就是第一基本方式:

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