Courbure et dérivée seconde
Bonjour,
1)Comment définit on la notion de courbure mathématiquement ? (je me représente visuellement en dimension 1 une &augmentation de courbure comme une tige que l'on tord de plus en plus)
2) Comment faire le lien simplement entre une courbure et la dérivée seconde ?
3) Que peut on dire en dimension supérieure à 1 ? (faire le lien entre une "courbure" est une hessienne ?)
Merci
1)Comment définit on la notion de courbure mathématiquement ? (je me représente visuellement en dimension 1 une &augmentation de courbure comme une tige que l'on tord de plus en plus)
2) Comment faire le lien simplement entre une courbure et la dérivée seconde ?
3) Que peut on dire en dimension supérieure à 1 ? (faire le lien entre une "courbure" est une hessienne ?)
Merci
Réponses
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Il faut bien commencer quelque part.
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Bonjour
Ce sont les définitions non mathématiques qui sont les plus agréables à regarder!
Amicalement
[small]p[/small]appus -
Pappus !! A ton âge !
Bruno -
Bonjour Bruno
Je voulais seulement souligner qu'il était difficile pour un objet mathématique d'avoir une définition qui ne le soit pas!
Amitiés
[small]p[/small]appus -
@Math Cross: merci du coup je vais essayer de raisonner sur un cas simple pour vérifier que j'ai bien compris.
On s' interesse à un cercle de rayon $R$ centré en 0 dans $R^2$. Le cercle possède donc une "un paramétrage" du type $t \to R(cos(t),sin(t))$.(pour définir correctement l'arc paramétré il faut également le domaine de définition, nous pouvons prendre [0,2pi[)
1) Je trouve "une paramétrisation normale" locale (la dérivée est de norme 1) en un point M du cercle (c'est la même en tout point du cercle) en divisant par la constante obtenue en normalisant la dérivée du paramétrage précédent:
$t \to (cos(t),sin(t))$.
2) Je calcul la norme de la dérivée seconde qui vaut 1
La courbure d'un cercle est donc 1.
J'imagine que ce n'est pas la correction type, donc si vous avez des modèles de corrections plus "académiques" je suis preneur. -
Ce serait ennuyeux que tous les cercles aient la même courbure, non ? Tu as sans doute noté que la courbure, c'est l'inverse du rayon de courbure. Il serait souhaitable que la courbure d'un cercle de rayon $R$ soit $1/R$ et pas $1$. (Mais enfin, elle est constante, c'est déjà quelque chose.)
Le changement de paramètre n'est pas bon car il change la courbe. Du cercle de rayon $R$, on est brusquement passé au cercle de rayon $1$, c'est ennuyeux. Si $M:[0,2\pi]\to\R^2$, $t\mapsto(R\cos t,R\sin t)$ désigne la courbe initiale (pas de raison d'interdire à la courbe de revenir à son point de départ), un changement de paramètre doit conduire à quelque chose de la forme $N=M\circ\phi:[a,b]\to\RM^2$, $s\mapsto M\bigl(phi(s)\bigr)$.
Same player, shoot again... -
En dimension 1, la courbure est particulièrement simple à étudier: le fer à béton continue à aller en ligne droite, parce qu'il n'a nulle part ailleurs où aller.
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First things first. Mais si c'est particulièrement simple, tu dois pouvoir le faire particulièrement vite (et juste).
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Eh bien, dérivons pour voir : est-ce que $\|\alpha'(s)\|=1$ pour tout $s$ ? Si oui, il faut continuer !
NB : La notation $\alpha$ pour un reparamétrage de la courbe $M:t\mapsto M(t)$ ne me paraît pas très heureuse. « Souvent », et au moins ici, $\alpha$ est la mesure de l'angle entre le premier vecteur de base et le vecteur tangent $T$ et $\dfrac{\mathrm{d}\alpha}{\mathrm{d}s}$ est précisément la courbure (si la courbe est paramétrée par longueur d'arc, i.e. si la dérivée est de norme $1$). -
Bonsoir
Dans la référence donnée par Math Coss, le calcul de la courbure pour une courbe $\Gamma$ définie implicitement par une équation de la forme $F(x,y)=0$ en repère orthonormé est qualifié de douteux.
Alors je pose la question précise suivante:
Soit $M\in\Gamma$ et $C$ le centre de courbure de $\Gamma$ en $M$.
Calculer les composantes du vecteur $\overrightarrow{MC}$ en fonction des valeurs en $M(x,y)$ de $F$ et de ses dérivées partielles.
Amicalement
[small]p[/small]appus -
Bonne Nuit
Il y a plusieurs façons de calculer ce vecteur $\overrightarrow{MC}$ que j'aime bien appeler vecteur de courbure mais c'est une terminologie qui n'engage que moi.
En voici une, basée sur le lemme suivant:
On se donne une famille de droites dépendant de deux paramètres $(t,u)$:
liés par une relation:
$f(X,Y,t,u)=a(t,u)X+b(t,u)Y+c(t,u)=0$
$g(t,u)=0$
Alors l'enveloppe des droites de cette famille s'obtient en rajoutant l'équation suivante exprimant la nullité d'un jacobien
$\dfrac{D(f,g)}{D(t,u)}=0$
C'est déjà un bon petit exercice de calcul différentiel que de démontrer ce lemme mais on le sait la théorie des enveloppes est si compliquée qu'on a décidé en haut lieu de la supprimer de notre culture, toujours cette politique de l'analphabétisme chère à nos gouvernants de droite comme de gauche.
Alors pourquoi se fatiguer à démontrer ce lemme et d'ailleurs comment l'appliquer?
Amicalement
[small]p[/small]appus -
Pardon pappus, pourrait-on reporter l'examen de la situation compliquée, voire « douteuse », à un peu plus tard, le temps que dfshr8 comprenne les situations simples ?
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Mon cher Math Coss
Ne t'inquiète pas!
Le cas douteux de Wikipedia le restera.
Ce n'est pas très grave.
Amicalement
[small]p[/small]appus
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