Superficie di rotazione: differenze tra le versioni
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:<math>\begin{cases} x = x(u) \ge 0 \\ y = 0 \\ z = z(u) \end{cases}</math> |
:<math>\begin{cases} x = x(u) \ge 0 \\ y = 0 \\ z = z(u) \end{cases}</math> |
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dove <math>u |
dove <math>u \in [a,b]</math> è un parametro reale. |
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Ora supponendo che la curva sopra ruoti di un angolo <math>\theta \in [0, 2\pi]</math> attorno all'asse ''z'', otteniamo le equazioni parametriche della superficie di rotazione: |
Ora supponendo che la curva sopra ruoti di un angolo <math>\theta \in [0, 2\pi]</math> attorno all'asse ''z'', otteniamo le equazioni parametriche della superficie di rotazione: |
Versione delle 17:22, 6 giu 2009
In geometria una superficie di rotazione o di rivoluzione è una superficie ottenuta ruotando una curva (detta generatrice) attorno ad una retta (l'asse di rotazione).
La curva ottenuta intersecando un piano perpendicolare all'asse di rotazione si chiama parallelo della superficie di rotazione. La curva ottenuta intersecando un piano passante per l'asse di rotazione è detta meridiano.
Equazione parametrica
In generale una superficie di rotazione è rappresentabile in equazioni parametriche fissando un sistema di riferimento cartesiano e rappresentando le equazioni parametriche della curva che la genera. Scegliamo z (per esempio) coincidente con l'asse di rotazione, le equazioni della curva sono:
dove è un parametro reale.
Ora supponendo che la curva sopra ruoti di un angolo attorno all'asse z, otteniamo le equazioni parametriche della superficie di rotazione:
In questo caso i paralleli sono dati fissando il valore del parametro u:
mentre i meridiani, fissando il parametro :
Equazione cartesiana
Allo stesso modo possiamo rappresentare la curva che genera la superficie pensandola come equazione cartesiana:
Prendiamo un punto fisso della curva e vediamo che se lo facciamo ruotare intorno a z di un angolo otteniamo un altro punto di equazioni:
Poiché quadrando le prime due equazioni otteniamo: si vede che . Allora l'equazione cartesiana della superficie di rotazione è:
Prima forma differenziale di Gauss
Facendo riferimento a quanto detto sulle superfici parametriche possiamo ricavare l'espressione della prima forma quadratica di Gauss, che rappresenta in genere l'elemento di superficie. Poiché essa è una superficie regolare possiamo ricavare i vettori tangenti alle due linee t e θ:
Allora i coefficienti della prima forma differenziale di Gauss diventano:
La prima forma quadratica di Gauss è:
In tal caso l'elemento di superficie diventa:
e se ne può calcolare l'area:
Un caso particolare e notevole è la rappresentazione della curva che genera la superficie di rotazione mediante l'ascissa curvilinea. In tal caso vale il teorema di Pappo e i coefficienti della prima forma quadratica si riducono:
dove Errore del parser (SVG (MathML può essere abilitato tramite plug-in del browser): risposta non valida ("Math extension cannot connect to Restbase.") dal server "http://localhost:6011/it.wikipedia.org/v1/":): {\displaystyle s = [a,b]} è il nuovo parametro dell'ascissa curvilinea. La prima forma quadratica di Gauss diventa:
con elemento di superficie:
e area calcolabile immediatamente:
Seconda forma differenziale di Gauss
Facendo riferimento alle superfici parametriche si può ricavare per ogni punto della superficie di rotazione i versori normali:
I coefficienti della seconda forma differenziale di Gauss diventano se ricaviamo le derivate parziali seconde:
otteniamo:
Conclusioni
- Da fare
Voci correlate
- Superficie rigata
- Superficie parametrica
- Superficie
- Quartica come linea d'intersezione tra due superfici di rotazione