我不知道大家学没学曲线论和曲面论,但我就当大家学了,我以后可能会把这种
一、曲面上的测地线
考虑在曲面
注意到
如果采用自然参数
其中
我们用

(笔记本画图真麻烦)
我们仔细看看这个图,如果令
能不能理解?
当然证明是简单的(^_^。。。),留给读者(我错了)
大家看 我画出投影曲线

两条蓝线分别为
那么明显
这个关系叫做Meusnier定理,大家可以在上图的基础上画出
曲面上如果某个方向的
那么设
如果我们令
这是啥?对,这说明曲率是符合矢量的三角形法则的,所以我们就可以规定所谓的矢量法曲率
其实,物理上的加速度定义为
其中
此外,我们还会用到Gauss曲率
曲面上曲线沿着切平面的投影具有重要意义,如果曲面曲线
容易看出

是不是简洁明了?注意蓝色的箭头是曲率矢量,
二、Christoffel记号
这种记号的优势是可以直接推向高维情况——流形,所以我们引入指标记号来表示曲面
偏导数就写成
并且我们把第一基本量表示成度规的系数
并且
第二基本量表示为
下面我们尝试把
第一式点乘
下面尝试定出
轮换上式可以得到如下的关系式
消去度规(用逆矩阵
我们把(1)式叫做第一类Christoffel符号
至于
由此我们得到Gauss-Weingarten方程组
三、张量曲率——曲面的Riemann曲率
我们前面提到过,曲面的曲率有很多,比如法曲率、Gauss曲率、平均曲率、测地曲率等等等等,这和曲线完全不同,这是为什么呢?因为曲面比曲线整整高了一个自由度!曲面的各种曲率都是不完整的表达,完整的表达是Riemann曲率,这是一个张量,定义为
别忘了后面的Einstein求和,这个式子可以形式的写成这样
当然我们有时也把上指标降下来
我们讨论Gauss-Weingarten方程组,通过一定的数学运算可以化成Gauss-Codazzi-Mainardi方程组
观察第一个式子,我们注意到
下面我们看看如何在Euclid空间E
考虑一个矢量场
我们知道,坐标变换就相差两个坐标系的Jacobi行列式
我们对这个式子微分
后面的全微分展开得到
代入上式得到
下面考虑流形
那么
代入上式得到
由此,我们令
那么
我们知道,
叫做
根据协变导数我们定义这么一个张量
我们计算其分量
注意到偏导数可交换
即
就是Riemann曲率