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前言:

《托马斯微积分》真是一本神奇的书,一次次刷新我的三观。之前觉的,很多东西看不懂,是因为看不懂符号和公式。所以,当初学习这本书的目标就是丰富自己对数学符号公式的理解。觉得如果理解了符号本身的含义,学习符号背后代表的知识应该不会有困难。

直到学习到曲率和挠率的章节,有了前边的积累,书本列出的,曲率和挠率计算公式自认为都能看懂,例题给出的例子,套用公式也都能算出来。可是,即使这样,还是理解不了,曲率和挠率究竟是啥,两者有什么区别。

最近终于想通问题出在哪里,所以整理笔记,纪念逝去的蛋疼时光。

正文:

故事从一个简单的向量-值函数讲起:


图像如下:

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书本列出的第一个公式是:

按照上一次学习学到的技巧,在脑海中想象空间曲线的切线和切向量的样子如下图,还算轻松:

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然后,书本紧接着列出了第二个公式:

出现了

于是按照极限的定义,想象曲线上两个点的切向量相减如下图,已经有点吃力了:

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接着书本介绍了单位次法向量:

图像如下:

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然后给出公式:

我去。。。

怎么理解,为什么要加负号,为啥要 点乘 N。

在公式能看懂的情况下,完全看不懂公式想要表达什么。然后再看看公式代表的结论:

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平面怎么就转动了?怎么转动的速率还不一样?两个正交的平面,既要保持正交,又要速率不一样的转动,怎么转?

大概的感觉就是:这都是写什么乱七八糟的,怕不是买了本盗版的书。。。

一定是前面哪里理解错了,从头重新看一遍。然后我就开始了头铁之旅,一遍看不懂,看两遍;再看不懂看三遍。好像只要承认我确实看不懂,就好像是承认自己智商不足以继续学习这本书一样。

每次尝试在脑海里构思一个3d的坐标轴,就会开始走神,打呵欠,流鼻涕,总之就是越想越蛋疼。

每次尝试失败的时候,总是想,要是3Blue1Brown出一个相关的视频,我肯定能看懂,毕竟,之前每一次遇到理解不了的东西,看过他的视频以后,总能有醍醐灌顶的感觉。

当我最终决定放弃尝试的时候,忽然想到,如果也能跟3Blue1Brown的视频一样,用电脑绘制一个3d的坐标轴,在上边显示出每个点的各种向量,各种平面是如何旋转的,说不定就能看懂了呢,干嘛头铁,非要用脑子想呢。。。

刚好最近学习了一点点matlab,正好实践一下,于是就有了这个代码:matlab_learning,运行结果如下图:

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非常直观的看到,绿的的平面在转动,法向量指向旋转轴。黄色的平面没看出转动来,看着像是在往上平移,也许挠率描述的是黄色平面向上平移的速度?

不过到这里。挠率是什么已经不重要了,即使把动画放在眼前,我都不一定能看懂挠率是什么,傻了吧唧的想靠脑子想明白就更不可能了。之前各种蛋疼,相当于是在浪费时间而已。。。

虽然这次浪费了不少时间,但是还是很有收获。一方面,掌握了一种新的描述和分析问题的工具,另一方面,以后在遇到类似的情况,不会再这么头铁了,相当于节约了未来很多时间。

毕竟,相比于看不明白,想不明白,更怕的是,遇到不懂的东西,请教别人的时候,不知道怎么把问题描述清楚,有了matlab这个工具,至少能描述的问题更多了。

生活大爆炸里,谢尔顿有这么一句台词:

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以前深以为然,现在终于get到了Leonard的点了~~

总结:

最后,让我们保持独立思考,不卑不亢。长成自己想要的样子! (引用自 我非常喜欢的B站up主 ”独立菌儿“->猛戳链接<-的口头禅)

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