微分几何练习题库及参考答案(已修改).docx
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1、微分几何复习题与参考答案一、填空题1 .极限IimK期、1万-力+E=13r-8+*.2 .设W)=(Sinr)i+rj,g()=(r+1)1+j,求im(2)gS)=_Q.H3 .已知,rm=T,2,3),p(r)dz=-2J,2,=2.1,1,fr=1.-I.O),则J)Xr()(1.f+bfar(k=3,-9.5).4 .己知产=4(0为常向量),则Fa)=m+d.5 .已知产S)=依,(G为常向量),则Aa)=-Ca+c.26 .4“贴近”空间1.线的直线和平面分别是该曲线的一切线和亲密平面一.7 .曲率恒等于零的曲线是反线.8 .挠率恒等于零的曲线是平面曲线.9 .切线(副法线)和固
2、定方向成固定角的曲线称为一般副线.10 .曲线/=%)在/=2处有方=3#,则曲线在/=2处的曲率K=_3_.11 .若在点(4,%)处,彳0,则3“,%)为曲面的一正常点.12 .已知/(/)=(2+1)了+(Inr)E,f()=(sin-(cosr)J.r0.J(gk=2-6cos4.13 .曲线了(,)=/4在随意点的切向贵为心犷石卜14曲线迎)=acosht,aSinh,m在r=0点的切向量为0,.15 .曲线)=.cos7,sin.M在r=0点的切向量为,Z.1y一16 .设曲线UX=e,y=e1=J,当,=1时的切线方程为=三1.e2e17 .设曲线K=ecos”=esinr,z=
3、。,当r=0时的切线方程为XT=Iy=z-1.18 .曲面的曲纹坐标网是曲率线网的充要条件是一fA三e.19 .一曲线(y一曲线)的正交轨线的微分方程是d“+Fdy=O(d+Gdv=O),20 .在欧拉公式4,=KCoS,O+&sin*中,夕是方向(加.与“一曲线的夹角.21 .曲面的三个基本形式1.U,HI、裔斯曲率K、平均曲率H之间的关系是HI-2【1+KI=O.22 .已知(“4)=“+v,-v,uv,其中“=/.v=sinr,则=2r+cosr.2,-8sf,2vr+co23 .已知3)=acoseCOS仇cos夕sin,sin.,其中W=r,=t,则=-43nOCOS-2/CaSeM
4、1.1,-asin8sin0+2coscos”,cos.24 .设=“,v)为曲面的参数表示,假如己X则称参数曲面是正则的:假如八GTr(G)是一一对应的,则称曲面是简洁曲面.25 .假如“-曲线族和V-曲线族到处不相切,则称相应的坐标网为正规坐标网.26 .平面“.,)=Wm0的第一基本形式为电匕,面积微元为她.27 .悬链面f(.v)=coshcosy.coshsinvM第一茶本量是K=cosh%F=0,G=COSiu.28 .曲面z=,r,上坐标曲线x=%,y=此的交角的余弦值是IS4+Xi+/%?)29 .正螺面r(w.v)=Msv.wsin.bv的第一基本形式是d/+面+从Xhj.3
5、0 .双曲地物面(,V)=(+v),仅M-V),2wv的第一基本形式是(+Z+4)dJ+2(/-h+4wv)drdv+(1+h+4mJdv1.31 .正螺面r(u,v)=tcosvj/sinv,v的平均曲率为0.32 .方向(d)=d“:dv是渐近方向的充要条件是4(4)=0或,.而+2M,A%+W/=0.33 .方向(d)=du:dv和()=w:Sv共匏的充要条件是IUdr.r)=。或ZdwE+M(duv+d,u)+Ndv6v=0.34 .N是主曲率的充要条件是f.=0.AF-MAG-N35.(d)=dS是主方向的充要条件是EAu+FdvFd+GdvJv1.du+AfdvCT.=OpXEMd
6、”十NdV-dudvdFG=0.MN36 .依据罗德里格斯定理,假如方向(d)=(d“:dv)是主方向,则曲=-kndr,其中人,是沿方向(d)的法曲率.37 .旋转曲面中的微小曲面是谢或悬徒面.38 .测地曲率的几何.意义是曲面S上的曲线在P点的测地曲率的肯定值等于等)在,点的切平面11上的正投影曲线(C*)的曲率.39 .木勺,儿之间的关系是二40 .假如曲面上存在直线,则此直线的测地曲率为041 .正交网时测地线的方.程为=-cos-1T=Sineds2EG2GEducos而dvSine飞F42.曲线是曲面的测地线,曲线(C)上任一点在其切平面的正投影曲线是直线.二、单项选择题1 .已知
7、r(r)=e*e,则F(O)为(A).11.0.1;B.-1.,0,1.;C.0J.1.;D.1.,0.-1.2 .已知尸)=(,),4为常数,则/为(C).1.xB.H:C.esdiD.ed.其中。为常向量.3 .曲线(C)是一股螺线,以卜命题不正确的是(D).A.切线与固定方向成固定角:B.副法线与固定方向成固定角:C.主法线与固定方向垂直:D.副法线与固定方向垂直.4 .曲面在每一点处的主方向(A)A.至少有两个;B.只有一个:C.只有两个:D,可能没有.5 .球面上的大圆不行能是球面上的(D)A.测地线;B曲率线:C.法截线:D.渐近线.6 .已知),)=.%),,小,求小j(1.2)
8、为(D).A.ck,d),tk+2d),:B.dr+d,d.v-dy,):C.d,v-dy,dr+dv,0:D.dr,dy,2dx+dy.7 .圆柱螺线尸=cos,sin的切线与Z轴(C).A.平行:B.垂直:C.有固定夹角巴:D.有固定夹角二.438 .设平面曲线C4=(三),s为自然参数,圆方是曲线的基本向盘.叙述错误的是(C).A.d为单位向盘;B.d1.dzC.d=-k0;D.=-ka+y.9 .直线的曲率为(B).A.-1;B.0;C.1:D.2.10 .关于平面曲线的曲率C疗=网S)不正确的是(D).A.k(三)=(.?)1.11 .对于曲线,“曲率恒等于0”是“曲线是直线”的(D
9、).A,充分不必要条件:B,必要不充分条件;C.既不充分也不必要条件:D.充要条件.12 .下列论述不正确的是(D).,y均为单位向量;B.21.iC.1.D.13 .对于空间曲线C,“挠率为零”是“曲线是直线”的(B).充分不必要条件:B.必要不充分条件;C.既不充分也不必要条件:D,充要条件.14 .X=4-sin。,),=(1.-cos),z=Msin1在点I=工的切线与2轴关系为sin0,Sin:C. x,y,z=acos88s,cos0sin,,c$inW:x,y,z=aCoSeCOS4力SineCos。,CSin2。.16 .曲面下(“,1,)=2“-1,,“2+1,“_叫在点“(
10、357)的切平面方程为(B).A.21.v+3,y-52+20=0:B.18.v+3y-4-41=0:C.7.t+5,y-62-i8=0;D.18x+5y-3z+16=0.17 .球面1(J)=?CoS“cosI1,/?COS“sinv,拉sin”的第,基本形式为(D).2(d+sin2dv2);B.R2(du2+cosh2rdv2);C.i(dr+sinh2wdv2);D.R2(du2+cos2zdv2).18 .正圆柱面/1(,v)=?CoSHASinVM的第一基本形式为(C).A.dw:+dv2:B.du2-dv2:Cdu+R2dv2:I).d*-2dv2.19 .在第一基本形式为Md/
11、)=dM+Sin1.fm1./的曲面上,方程为“=v(v,vS匕)的曲线段的长为(B).coshv,-coshv1sB.sinhv,-sinhv1.;C.coshv1.-coshx,2;D.sinhv1-sinh,.20 .设/为正则曲面,则M的参数曲线网为正交曲线网的充要条件是(B).A.E=0:B.F=OsC.G=0;D.M=O.21 .高斯曲率为零的的曲面称为(A).A.微小曲面;B.球面:C.常高斯曲率曲面:D.平面.22.曲面上直线(假如存在)的测地曲率等于(A).0:B.1;C.2;D.3.23.当参数曲线构成正交网时,参数曲线U-曲线的测地曲率为(B).InEIC1.nE比2在&
12、,三B.7=-;2GOv1,1具有固定长度,则/!尸(r)2 .向量函数尸=N/)具有固定方向,则0%).3 .向量函数W关乎,的旋转速度等其微商的模|/(.4 .曲线的曲率、挠率都为常数,则曲线是圆柱螺纹5 .若曲线的曲率、挠率都为非零常数,则曲线是圆柱螺线.6 .圆柱面尸=R8se.Csin6.z).z-线是渐近线.7 .两个曲面间的变换等矩的充要条件是它们的第一基本形式成比例.X8 .两个曲面间的变换等用的充要条件是它们的第一基本形式成比例.9 .等距变换肯定是保角变换.10 .保角变换肯定是等距变换.X11 .空间曲线的位置和形态由曲率与挠率唯一幽定,12 .在光滑曲线的正常点处,切线
13、存在但不唯,X13 .若曲线的全部切线都经过定点,则该曲线肯定是直线.714 .在曲面的非脐点处,有且仅有两个主方向.15 .高斯曲率与其次基本形式有关,不是内蕴量.16 .曲面上的直线肯定是测地线.17 .微分方程A(,v)血+B(,v)4i,=0表示曲面上曲线族.18 .二阶微分方程A(“.v)市J+28(j,)d“小+C(.M小;=0总表示曲面上两族曲线.X19 .坐标曲线网是正交网的充要条件是产=0,这里/是第一基本量.20 .高斯曲率恒为零的曲面必是可展曲而21 .连接曲面上两点的全部曲线段中,测地线肯定是最短的22 .球面上的圆肯定是测地线.X23 .球面上经线忖定是测地线.24
14、.测地曲率是曲面的内苑址四、计算题1 .求旋轮线X=(r-sinr),y=(1.-CoSr)的0r2乃一段的煎长.解旋轮线(,)=“(/-sin)m(1.-CoS/)的切向量为r,(t)=a-acont,asint.则在OVt211Zx2x段的弧长为:=r,()dr=2r1.-cosd=/.002 .求曲线x=sin,y=rcos,z=re在原点的切向量、主法向疥、副法向量.解.由题意知产)=kin+rcosr.cosrsinr.e+re,产)=2cosrsinr.-2sinrcosr,2+tef.在原点,有/(O)=(OJJ),产(O)=(ZO,2),一尸A(尸力尸一尸)尸。7r又=问B=I
15、叩Ik,所以有T亭,”咚专当,吟,冬冬3 .圆柱螺线为了(1)=“85人.$而,&,求基本向量a./j:求曲率人和挠率r.解尸二卜州皿八备5人耳,/1(r)=-cosr.-sin.0,又由公式上衣_(/)/一(乙尸)尸”尸X尸乂国A式-网,P-川严XH,”,叼.d=-=-r7sin.=-cosc-sin.0).=-=1.=sint.-hcost.a-=01及挠率公式Mr)=少出Id吟,T有,=一;“尸,=2b,4 .求正螺而r(,y)=WCOS%“sin”*的切平面和法线方程.解S=cos-Sin串,0,彳=-sin%CoSi,力,切平面方程为X-UCosvy-Msinvz-bcosvsinv
16、0=0,-wsinvwcosvb=Zsinv-cosuy+uz-bv-O.法线方程为二3=23=三处.sinv-cosvu5 .求球面s(3,)=8S8cose,48S8sin0,sinW上任一点处的切平面与法线方程.解q=-“sin0cos一sinsinMCOSW,%=-acossin0.cosecos“,(=-wsincosd?-sin“cosq-0cos*sincoseCoS0O=?cos夕-cos3cos”,-cos0sin,一sin:.球面上随意点的切平面方程为(-scos.y-rtcossin.z-rtsinrtcos-cscos-cossinA-sin=O.即COSeCosex+
17、coseSiney+sin/z-a=O,法线方程为(x-cospcos0,y-acosJsinff.z-asn)=(cs(-cosws,-cossin-sin),即x-。8$夕cos_y-acOSoSine_z-asin?8scos。COSeSineSino6 .求圆柱螺线x=acosf.y=sinr,z=r在点(,0.0)处的亲密平面.解产)=-asin,acos,1.,r*(r)=-acos,-asin,0),所以曲线在原点的亲密平面的方程为X-ay-0z-0-asiwacosz1=0,-aco”-asin/O即(sin/)X-(cos)y+az-sin/=O.7 .求旋转抛物面2=(./
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