Matematika · Glosarium

Apa itu Permukaan terparameter yang regular?

Dikenal juga sebagai: permukaan terparameter

Definisi 19.1 Matematika Universitas — Tahun 2 · Bab 19 — Permukaan

Misalkan UR2U \subseteq \R^2 terbuka. Sebuah permukaan terparameter berkelas Ck\mathcal{C}^k (dengan k1k \geq 1) adalah pemetaan σ ⁣:UR3\sigma \colon U \to \R^3, (u,v)σ(u,v)(u, v) \mapsto \sigma(u, v), yang berkelas Ck\mathcal{C}^k. Sebuah titik disebut regular bila vektor turunan parsialnya

σu(u,v)=σu(u,v),σv(u,v)=σv(u,v)\sigma_u(u, v) = \frac{\partial\sigma}{\partial u}(u,v), \qquad \sigma_v(u, v) = \frac{\partial\sigma}{\partial v}(u,v)

bebas linear, yakni σuσv0\sigma_u \wedge \sigma_v \neq 0; dan permukaannya disebut regular bila setiap titiknya demikian.

Contoh

Contoh 19.2 (Tiga pemerian yang baku)

  1. Grafik: σ(u,v)=(u, v, f(u,v))\sigma(u, v) = (u,\ v,\ f(u, v)) untuk fC1(U)f \in \mathcal{C}^1(U). Selalu regular: sebab σu=(1,0,fu)\sigma_u = (1, 0, f_u) dan σv=(0,1,fv)\sigma_v = (0, 1, f_v) bersifat bebas.
  2. Bola (dalam koordinat bola): untuk bola berjari-jari RR,

    σ(θ,φ)=(Rcosθcosφ, Rsinθcosφ, Rsinφ),(θ,φ)R×(π2,π2),\sigma(\theta, \varphi) = (R\cos\theta\cos\varphi,\ R\sin\theta\cos\varphi,\ R\sin\varphi), \qquad (\theta, \varphi) \in \R \times \bigl(-\tfrac\pi2, \tfrac\pi2\bigr),

    dengan θ\theta menyatakan bujurnya dan φ\varphi lintangnya. Kita memeriksa σθσφ=R2cosφ>0\norm{\sigma_\theta \wedge \sigma_\varphi} = R^2\cos\varphi > 0: jadi regular jauh dari kutubnya (yang dihilangkan bagan ini).

  3. Himpunan aras: S={(x,y,z):f(x,y,z)=c}S = \{(x,y,z) : f(x, y, z) = c\} dengan ff bersifat C1\mathcal{C}^1 dan f0\nabla f \neq 0 pada SS. Di dekat tiap titiknya, satu koordinatnya dapat dinyatakan sebagai fungsi dua lainnya lewat teorema fungsi implisit (Bab 15), jadi SS secara lokal berupa grafik.

Contoh 19.3 (Dari himpunan aras ke grafik)

Teorema fungsi implisit pada butir 3 pantas dijalankan sekali secara gamblang. Ambillah bola x2+y2+z2=R2x^2 + y^2 + z^2 = R^2 di dekat kutub utaranya (0,0,R)(0, 0, R): di sana fz=2z=2R0\frac{\partial f}{\partial z} = 2z = 2R \neq 0, jadi menyelesaikannya untuk zz memberi bagan grafiknya

z=R2x2y2,x2+y2<R2,z = \sqrt{R^2 - x^2 - y^2}, \qquad x^2 + y^2 < R^2 ,

yang regular di mana-mana pada daerah (terbuka) definisinya — termasuk di kutub yang dilewatkan bagan bolanya. Adapun di dekat titik khatulistiwa seperti (R,0,0)(R, 0, 0) teorema yang sama menyelesaikannya untuk xx (sebab fx=2R0\frac{\partial f}{\partial x} = 2R \neq 0). Jadi patokan praktisnya: sebuah permukaan aras berupa grafik di atas bidang koordinat yang ortogonal terhadap komponen gradien terbesarnya, dan dengan meliputi bolanya lewat enam bagan grafik semacam itu kita memeriksa kemulusannya di mana-mana tanpa trigonometri sama sekali.

Baca dalam konteks →