|
|
|
|
@ -285,7 +285,7 @@
|
|
|
|
|
$\nabla f(u_0, v_0) \neq 0$, da cui la tesi.
|
|
|
|
|
\end{proof}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{remark}
|
|
|
|
|
\begin{remark} \label{rmk:curvatura_normale}
|
|
|
|
|
Se $\pi$ è un piano con $\pi \neq P + T_P \Sigma$, allora la curva che parametrizza
|
|
|
|
|
localmente in $P$ l'intersezione $\pi \cap \Sigma$ ha come versore tangente uno
|
|
|
|
|
dei due possibili vettori unitari della giacitura di $\pi \cap (P + T_P \Sigma)$. \smallskip
|
|
|
|
|
@ -328,7 +328,13 @@
|
|
|
|
|
$\alpha$ passante per $P$ e ottenuta come intersezione del piano
|
|
|
|
|
tangente affine $P + T_P \Sigma$ e di un piano $\pi$ ad esso ortogonale,
|
|
|
|
|
in modo tale che la giacitura di $\pi \cap P + T_P \Sigma$ sia
|
|
|
|
|
generata da $w$.
|
|
|
|
|
generata da $w$. \smallskip
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Data $\alpha$ su $\Sigma$, definiamo la sua curvatura normale $\kappa_n$ in $P$
|
|
|
|
|
come:
|
|
|
|
|
\[
|
|
|
|
|
\boxed{\kappa_{\alpha, n} \defeq \kappa_n(P, T_\alpha(P)).}
|
|
|
|
|
\]
|
|
|
|
|
\end{definition}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{remark}
|
|
|
|
|
@ -386,7 +392,7 @@
|
|
|
|
|
Segue immediatamente da \eqref{eq:eulero}.
|
|
|
|
|
\end{proof}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{Curvatura guassiana, media e classificazione di superfici e punti}
|
|
|
|
|
\subsection{Curvatura gaussiana, media e classificazione di superfici e punti}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{definition}[Curvatura gaussiana]
|
|
|
|
|
Sia $P$ un punto su una superficie $\Sigma$. Si definisce allora
|
|
|
|
|
@ -833,7 +839,7 @@
|
|
|
|
|
\end{itemize}
|
|
|
|
|
\end{remark}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{Lemma di Gauss e minimizzazione locale delle distante}
|
|
|
|
|
\subsection{Lemma di Gauss e minimizzazione locale delle distanze}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{lemma}[Gauss, le geodetiche sono ortogonali ai cerchi indotti dalla mappa esponenziale] \label{lem:gauss}
|
|
|
|
|
Sia $\{\vec{e_1}, \vec{e_2}\}$ una base ortonormale di $T_P \Sigma$.
|
|
|
|
|
@ -898,4 +904,96 @@
|
|
|
|
|
dove si è usato che $u(0) = 0$ ($P$ nelle coordinate normali corrisponde a $(0, 0)$) e che
|
|
|
|
|
$u(1) = 1$ ($P'$ ha già raggio $k$).
|
|
|
|
|
\end{proof}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{Relazione di Clairaut per le geodetiche sulle superfici di rotazione}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{definition}[Angolo di una curva con il parallelo]
|
|
|
|
|
Sia $\Sigma$ una superficie di rotazione con parametrizzazione
|
|
|
|
|
canonica $\vec{x}$. Data una curva $\gamma$ su
|
|
|
|
|
di essa, si definisce $\phi(\gamma(t))$ come segue:
|
|
|
|
|
\[
|
|
|
|
|
\boxed{\phi(\gamma(t)) \defeq \theta(\gamma'(t), \vec{x_v}(\gamma(t))),}
|
|
|
|
|
\]
|
|
|
|
|
ovverosia $\phi(\gamma(t))$ è \textbf{l'angolo tra la curva $\gamma$ in $\gamma(t)$ e il
|
|
|
|
|
parallelo a cui appartiene $\gamma(t)$}.
|
|
|
|
|
\end{definition}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{definition}[Raggio di una curva rispetto all'asse $z$]
|
|
|
|
|
Sia $\Sigma$ una superficie di rotazione.
|
|
|
|
|
Sia data una curva $\gamma$ su di
|
|
|
|
|
essa. Si definisce
|
|
|
|
|
allora il \textbf{raggio di $\gamma$ rispetto all'asse di rotazione $z$}
|
|
|
|
|
come la distanza di $\gamma$ dall'asse $z$, ovverosia:
|
|
|
|
|
\[
|
|
|
|
|
\boxed{r(\gamma(t)) \defeq \norm{\pi_{xy}(\gamma(t))}.}
|
|
|
|
|
\]
|
|
|
|
|
\end{definition}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{proposition}[Relazione di Clairaut]
|
|
|
|
|
Sia $\gamma$ una geodetica su una superficie di rotazione $\Sigma$. Allora
|
|
|
|
|
$\gamma$ soddisfa la \textbf{relazione di Clairaut}:
|
|
|
|
|
\begin{equation} \label{eq:clairaut} \tag{Clairaut}
|
|
|
|
|
\boxed{r(\gamma(t)) \cdot \cos(\phi(\gamma(t))) = \textnormal{cost.}}
|
|
|
|
|
\end{equation}
|
|
|
|
|
Inoltre una curva soddisfacente la relazione di Clairaut che non parametrizza un parallelo è
|
|
|
|
|
una geodetica.
|
|
|
|
|
\end{proposition}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{remark}
|
|
|
|
|
Sono geodetiche anche le curve soddisfacenti \eqref{eq:clairaut} che parametrizzano paralleli, a patto
|
|
|
|
|
che, se $\Sigma$ è una rotazione sulla funzione $f$, valga $f' = 0$ sui punti
|
|
|
|
|
della geodetica; ovverosia, in un certo senso, sono geodetiche i ``paralleli stazionari''.
|
|
|
|
|
\end{remark}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\subsection{Curvatura geodetica}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{remark}
|
|
|
|
|
Sia $\alpha$ una curva di Frenet su una superficie $\Sigma$.
|
|
|
|
|
Osserviamo che $N_\alpha$ è perpendicolare a $T_\alpha$, e
|
|
|
|
|
quindi dovrà scriversi in una qualche combinazione lineare
|
|
|
|
|
della base ortonormale $\{\vec{n}, \vec{n} \times T_\alpha\}$
|
|
|
|
|
di $(T_\alpha)^\perp$,
|
|
|
|
|
dove $\vec{n}$ è una normale (locale). \smallskip
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sappiamo già dall'Osservazione \ref{rmk:curvatura_normale} che
|
|
|
|
|
$\dot{T_\alpha} \cdot \vec{n}$ è la curvatura normale
|
|
|
|
|
$\kappa_{\alpha, n}$. Ha quindi senso definire il seguente
|
|
|
|
|
oggetto matematico:
|
|
|
|
|
\end{remark}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{definition}[Curvatura geodetica]
|
|
|
|
|
Sia $\alpha$ una curva di Frenet su una superficie $\Sigma$.
|
|
|
|
|
Si definisce la \textbf{curvatura geodetica} di $\alpha$
|
|
|
|
|
nel punto $P$ come:
|
|
|
|
|
\[
|
|
|
|
|
\boxed{\kappa_{\alpha, g} = \dot{T_\alpha}(P) \cdot (\vec{n}(P) \times T_\alpha(P)),}
|
|
|
|
|
\]
|
|
|
|
|
dove $\vec{n}$ è una normale (locale) su $\Sigma$.
|
|
|
|
|
\end{definition}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{remark}
|
|
|
|
|
Quindi $N_\alpha$ si scrive come:
|
|
|
|
|
\[
|
|
|
|
|
N_\alpha = \kappa_{\alpha, n} \vec{n} + \kappa_{\alpha, g} (\vec{n} \times T_\alpha),
|
|
|
|
|
\]
|
|
|
|
|
da cui si ricava immediatamente la seguente relazione:
|
|
|
|
|
\[
|
|
|
|
|
\boxed{\kappa_\alpha^2 = \kappa_{\alpha, n}^2 + \kappa_{\alpha, g}^2.}
|
|
|
|
|
\]
|
|
|
|
|
\end{remark}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{proposition}[In una geodetica curvatura normale e curvatura della curva coincidono]
|
|
|
|
|
Sia $\alpha$ una curva p.l.a. di Frenet su una superficie $\Sigma$. Allora
|
|
|
|
|
$\alpha$ è una geodetica se e solo se:
|
|
|
|
|
\[ \boxed{\kappa_{\alpha, g} \equiv 0,} \]
|
|
|
|
|
ovverosia se e solo se:
|
|
|
|
|
\[ \boxed{\kappa_{\alpha} \equiv \kappa_{\alpha, n}.} \]
|
|
|
|
|
\end{proposition}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\begin{proof}
|
|
|
|
|
Infatti, se $\alpha$ è una geodetica, allora $\alpha''$ è perpendicolare a
|
|
|
|
|
$T_P \Sigma$. Quindi, dal momento che $\alpha$ è p.l.a., si deve avere
|
|
|
|
|
$N_\alpha(P)$ perpendicolare a $T_P \Sigma$, ossia parallelo
|
|
|
|
|
a $\vec{n}$. Il viceversa è analogo.
|
|
|
|
|
\end{proof}
|
|
|
|
|
\end{multicols*}
|
|
|
|
|
|