繞其準線旋轉而得的懸鏈曲面]]
懸鏈曲面(又名懸垂曲面)是一个曲面,是將懸鏈線繞其準線旋轉而得(見右側動畫),故為一旋轉曲面。除了平面以外,懸鏈曲面也是第一個被发现的极小曲面,在1744年被萊昂哈德·歐拉发现且證明。Jean Baptiste Meusnier也做了些早期的研究。只有兩個曲面既為旋轉曲面又是最小曲面,即為平面與懸鏈曲面。
懸鏈曲面可被以下參數式所定義:
:x=c \cosh \frac{v}{c} \cos u
:y=c \cosh \frac{v}{c} \sin u
:z=v
其中u \in [-\pi, \pi),v \in \mathbb{R}且c為非零實數。
在圓柱座標系則有:
:\rho =c \cosh \frac{z}{c}
其中c为实数。
理想状态下,把一对经过肥皂溶液浸泡的圆形铁环张开,就可以得到一个悬链面形状的肥皂膜。这个现象的原理是由于肥皂膜会趋向于形成在固定边界(铁环)下表面积最小的旋转曲面,根据这个原理,可以用变分法证明肥皂膜的形状是悬链面。
螺旋面變換
如何變型成懸鏈曲面]]
螺旋面與懸鏈曲面屬同一相關曲面,我們可以在不拉縮的情況下將懸鏈曲面扳成螺旋面。也就是說,我們可以用一個連續且等距的變換將懸鏈曲面變成螺旋面的一部份,且在變型的每一瞬間,曲面皆為极小曲面。此變換可由下列式子給出:
:x(u,v) = \cos \theta \,\sinh v \,\sin u + \sin \theta \,\cosh v \,\cos u
:y(u,v) = -\cos \theta \,\sinh v \,\cos u + \sin \theta \,\cosh v \,\sin u
:z(u,v) = u \cos \theta + v \sin \theta \,
:注意(u,v) \in (-\pi, \pi] \times (-\infty, \infty),且變換參數\theta滿足-\pi ,
其中
\theta = \pi對應到右旋螺旋面,
\theta = \pm \pi / 2對應到懸鏈曲面,
\theta = 0對應到左旋螺旋面。
该等距变换可以由微分几何中的曲面第一基本形式证明。
參見
*幾何
*曲面
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