Krzywa regularna – krzywa kawałkami gładka.
Definicje formalne Edytuj
Parę uporządkowaną
Γ
=
(
γ
,
|
Γ
|
)
,
{\displaystyle \Gamma =(\gamma ,|\Gamma |),}
gdzie
γ
:
[
α
,
β
]
→
C
,
{\displaystyle \gamma \colon [\alpha ,\beta ]\to \mathbb {C} ,}
|
Γ
|
=
γ
(
[
α
,
β
]
)
,
{\displaystyle |\Gamma |=\gamma ([\alpha ,\beta ]),}
nazywamy krzywą regularną , gdy
γ
{\displaystyle \gamma }
jest funkcją ciągłą oraz istnieje skończony układ punktów
{
t
0
,
t
1
,
…
,
t
n
}
{\displaystyle \{t_{0},t_{1},\dots ,t_{n}\}}
takich, że
α
=
t
0
<
t
1
<
t
2
<
…
<
t
n
−
1
<
t
n
=
β
{\displaystyle \alpha =t_{0}<t_{1}<t_{2}<\ldots <t_{n-1}<t_{n}=\beta }
i
γ
|
[
t
i
−
1
,
t
i
]
{\displaystyle \gamma |_{[t_{i-1},t_{i}]}}
ma w każdym punkcie przedziału
[
t
i
−
1
,
t
i
]
,
{\displaystyle [t_{i-1},\ t_{i}],}
i
∈
{
1
,
2
,
…
,
n
}
,
{\displaystyle i\in \{1,2,\dots ,n\},}
ciągłą pochodną . Punkty
γ
(
α
)
,
γ
(
β
)
{\displaystyle \gamma (\alpha ),\gamma (\beta )}
nazywamy odpowiednio początkiem i końcem krzywej
Γ
,
{\displaystyle \Gamma ,}
zbiór
|
Γ
|
{\displaystyle |\Gamma |}
jej podkładem lub nośnikiem, a funkcję
γ
{\displaystyle \gamma }
parametryzacją.
Krzywa
L
⊂
R
n
{\displaystyle L\subset \mathbb {R} ^{n}}
jest regularna wtedy i tylko wtedy, gdy
∃
(
K
1
,
K
2
,
…
,
K
n
)
∀
i
∈
{
1
,
2
,
…
,
n
}
K
i
{\displaystyle \exists (K_{1},K_{2},\dots ,K_{n})\forall i\in \{1,2,\dots ,n\}K_{i}}
jest łukiem regularnym i koniec
K
i
{\displaystyle K_{i}}
jest identyczny z początkiem
K
i
+
1
.
:
{\displaystyle K_{i+1}.{:}}
Jeżeli dodatkowo koniec
K
n
{\displaystyle K_{n}}
równa się początkowi
K
1
{\displaystyle K_{1}}
to krzywą
L
{\displaystyle L}
nazywamy krzywą regularną zamkniętą.
Równoważność krzywych regularnych Edytuj
Niech
Γ
,
Γ
~
{\displaystyle \Gamma ,{\tilde {\Gamma }}}
będą krzywymi regularnymi o parametryzacjach odpowiednio
γ
:
[
α
,
β
]
→
C
,
{\displaystyle \gamma \colon [\alpha ,\beta ]\to \mathbb {C} ,}
γ
~
:
[
α
~
,
β
~
]
→
C
.
{\displaystyle {\tilde {\gamma }}\colon [{\tilde {\alpha }},{\tilde {\beta }}]\to \mathbb {C} .}
Krzywe
Γ
,
Γ
~
{\displaystyle \Gamma ,{\tilde {\Gamma }}}
są krzywymi równoważnymi , gdy istnieje surjekcja rosnąca (i tym samym ciągła )
σ
:
[
α
,
β
]
→
[
α
~
,
β
~
]
{\displaystyle \sigma \colon [\alpha ,\beta ]\to [{\tilde {\alpha }},{\tilde {\beta }}]}
oraz układ punktów
α
=
t
0
<
t
1
<
t
2
<
…
<
t
n
−
1
<
t
n
=
β
,
,
{\displaystyle \alpha =t_{0}<t_{1}<t_{2}<\ldots <t_{n-1}<t_{n}=\beta ,,}
taki że dla każdego
i
∈
{
1
,
2
,
…
,
n
}
{\displaystyle i\in \{1,2,\dots ,n\}}
funkcja
σ
|
[
t
i
−
1
,
t
i
]
{\displaystyle \sigma |_{[t_{i-1},t_{i}]}}
ma dodatnią ciągłą pochodną i
γ
=
γ
~
∘
σ
.
{\displaystyle \gamma ={\tilde {\gamma }}\circ \sigma .}
Operacje na krzywych regularnych Edytuj
Krzywa przeciwna Edytuj
Niech
Γ
{\displaystyle \Gamma }
będzie krzywą regularną o parametryzacji
γ
:
[
α
,
β
]
→
C
.
{\displaystyle \gamma \colon [\alpha ,\beta ]\to \mathbb {C} .}
Krzywą o opisie parametrycznym
γ
1
{\displaystyle \gamma _{1}}
danym wzorem
γ
1
(
t
)
=
γ
(
−
t
)
{\displaystyle \gamma _{1}(t)=\gamma (-t)}
dla
t
∈
[
−
β
,
−
α
]
{\displaystyle t\in [-\beta ,-\alpha ]}
nazywamy krzywą przeciwną do
Γ
{\displaystyle \Gamma }
i oznaczamy
−
Γ
.
{\displaystyle -\Gamma .}
Suma krzywych Edytuj
Niech
γ
1
:
[
α
1
,
β
1
]
→
C
,
{\displaystyle \gamma _{1}\colon [\alpha _{1},\beta _{1}]\to \mathbb {C} ,}
γ
2
:
[
α
2
,
β
2
]
→
C
,
{\displaystyle \gamma _{2}\colon [\alpha _{2},\beta _{2}]\to \mathbb {C} ,}
będą odpowiednio opisami parametrycznymi krzywych
Γ
1
,
{\displaystyle \Gamma _{1},}
Γ
2
.
{\displaystyle \Gamma _{2}.}
Jeśli
γ
1
(
β
1
)
=
γ
2
(
α
2
)
,
{\displaystyle \gamma _{1}(\beta _{1})=\gamma _{2}(\alpha _{2}),}
to krzywą o opisie parametrycznym
γ
{\displaystyle \gamma }
danym wzorem
γ
(
t
)
=
{
γ
1
(
t
)
dla
t
∈
[
α
1
,
β
1
]
γ
2
(
t
−
β
1
+
α
2
)
dla
t
∈
[
β
1
,
β
1
+
β
2
−
α
2
]
{\displaystyle \gamma (t)={\begin{cases}\gamma _{1}(t)&{\text{dla }}t\in [\alpha _{1},\beta _{1}]\\\gamma _{2}(t-\beta _{1}+\alpha _{2})&{\text{dla }}t\in [\beta _{1},\beta _{1}+\beta _{2}-\alpha _{2}]\end{cases}}}
nazywamy sumą tych krzywych i oznaczamy
Γ
1
+
Γ
2
{\displaystyle \Gamma _{1}+\Gamma _{2}}
Niech
a
,
b
∈
C
.
{\displaystyle a,b\in \mathbb {C} .}
Odcinkiem zorientowanym o początku w punkcie
a
{\displaystyle a}
i końcu w punkcie
b
{\displaystyle b}
nazywamy krzywą o opisie parametrycznym
γ
{\displaystyle \gamma }
danym wzorem
γ
(
t
)
=
a
+
t
(
b
−
a
)
,
{\displaystyle \gamma (t)=a+t(b-a),}
t
∈
[
0
,
1
]
.
{\displaystyle t\in [0,1].}
Dodatnio zorientowanym okręgiem o środku w punkcie
a
∈
C
{\displaystyle a\in \mathbb {C} }
i promieniu
r
>
0
{\displaystyle r>0}
nazywamy krzywą o opisie parametrycznym
γ
{\displaystyle \gamma }
danym wzorem
γ
(
t
)
=
a
+
r
exp
(
i
t
)
,
{\displaystyle \gamma (t)=a+r\exp(it),}
t
∈
[
0
,
2
π
]
.
{\displaystyle t\in [0,2\pi ].}
Niech dany będzie skończony ciąg punktów
z
1
,
…
,
z
n
∈
C
.
{\displaystyle z_{1},\dots ,z_{n}\in \mathbb {C} .}
Łamaną zorientowaną o początku w punkcie
z
1
{\displaystyle z_{1}}
i końcu w punkcie
z
n
{\displaystyle z_{n}}
nazywamy krzywą
I
1
+
⋯
+
I
n
−
1
,
{\displaystyle I_{1}+\cdots +I_{n-1},}
gdzie
I
k
{\displaystyle I_{k}}
jest odcinkiem zorientowanym o początku w
z
k
{\displaystyle z_{k}}
i końcu w
z
k
+
1
.
{\displaystyle z_{k+1}.}