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怎么理解波浪線和曲線(曲線上一點處的曲率半徑與曲線在該點處的曲率互為倒數)

怎么理解波浪線和曲線(曲線上一點處的曲率半徑與曲線在該點處的曲率互為倒數)

我們從最初等的三角函數sinθ波形圖來分析sinθ的導數原理,首先sinθ的值就是單位圓上的點到X軸的高度,隨著θ的增大,高度總是在-1到+1之間來回變換,這種最初等的數學知識,卻包含著豐富的數學原理,值得我們去探索

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我們一步一步來分析正弦波形圖每個點斜率的變化情況,首先在原點處,sinθ是遞增的,所以它的斜率是一個正值

我們繼續往右走時,sinθ圖像的斜率不斷減小,在接近頂部時,斜率會較小到0

接著sinθ圖像的斜率進入負值區域,首先會不斷減小,接著又不斷增加,但都是負值,如下圖所示,然后圖形又會變平,sinθ斜率又回到0,

這樣不斷類推下去,就可以繪制出完整的導數圖形,

你可能會猜測這個導數就是cosθ,因為sinθ斜率變化的圖形能完美的和余弦函數的波峰波谷的位置對應起來

下面我們就用嚴格的數學推導來驗證下:

首先在如下圓上取微小的一端dθ,它對應的sinθ就是d(sinθ),如下圖所示

因為取的是微小的一段dθ,所以dθ就是一條線段,而不是一段圓弧,而這個微元直角三角形和圖中大的直角三角形相似,且θ角是dθ和d(sinθ)兩條邊的夾角

最終我們得到了d(sinθ)/ dθ=cosθ.

這也驗證了我們上述的推論。

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