Autor Tema: Hállese la curvatura y la torsión a lo largo de la curva

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07 Mayo, 2019, 10:58 pm
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megasaw

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Saludos a todos, tengo este ejercicio y creo que lo hice mal porque no me sale la respuesta, pide hallar la curvatura y la torsión de:
\(  \overrightarrow{r}(t) = (3t-t^3, 3t^2, 3t+t^3)
  \)
La curvatura que obtuve fue \(  \dfrac{1}{3} \dfrac{1}{(t^2+1)^2}  \)
Sin embargo la torsión me dio 0 aplicando la fórmula de la primera, segunda y tercera derivada. Pero la otra parte del ejercicio me pide demostrar que la curvatura y la torsión sin iguales, o sea que mi resultado estaría mal. ¿Pueden ayudarme?

07 Mayo, 2019, 11:28 pm
Respuesta #1

ciberalfil

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Aplica lo indicado en este enlace:

https://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADa_diferencial_de_curvas

o bien muestra tus cálculos para ver si tienes errores.

Salu2

08 Mayo, 2019, 04:37 am
Respuesta #2

megasaw

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Aplica lo indicado en este enlace:

https://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADa_diferencial_de_curvas

o bien muestra tus cálculos para ver si tienes errores.

Salu2

Creo que hay un problema con la fórmula, yo empleé esta, y la veo diferente a la que plantea Wikipedia, cuál debo usar?
http://sistemas.fciencias.unam.mx/~erhc/3_prueba.pdf

Está hasta el final del PDF.

08 Mayo, 2019, 10:36 am
Respuesta #3

ciberalfil

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Pues me temo que la que está bien es la de Wilkipedia, y además reproducen valores distintos. Parece que ahí esta el error. ¿De donde sacaste ese .pdf? porque veo que tiene tachones y rectificaciones.

Salu2.

08 Mayo, 2019, 12:22 pm
Respuesta #4

Luis Fuentes

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Hola

Creo que hay un problema con la fórmula, yo empleé esta, y la veo diferente a la que plantea Wikipedia, cuál debo usar?
http://sistemas.fciencias.unam.mx/~erhc/3_prueba.pdf

Está hasta el final del PDF.

La única diferencia entre una fórmula y otra es el signo. Es consecuencia de que en el PDF define la torsión en cada punto  como el escalar \( \tau(s) \) cumpliendo:

\( B'(s)=\tau(s)N(s) \)

mientras que usualmente se hace como:

\( B'(s)=-\tau(s)N(s) \)

siendo \( N(s),B(s) \) los vectores normal y binormal respectivamente.

Entonces revisa las cuentas: con ninguna de las dos fórmulas la torsión da cero. Nota que:

\( r'(t)\cdot (r''(t)\times r'''(t))=det(r'(t),r''(t),r'''(t)) \)

Si haces bien las cuentas ese determinante debe de darte \( 6^3 \).

Saludos.

09 Mayo, 2019, 05:24 am
Respuesta #5

megasaw

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Hola

Creo que hay un problema con la fórmula, yo empleé esta, y la veo diferente a la que plantea Wikipedia, cuál debo usar?
http://sistemas.fciencias.unam.mx/~erhc/3_prueba.pdf

Está hasta el final del PDF.

La única diferencia entre una fórmula y otra es el signo. Es consecuencia de que en el PDF define la torsión en cada punto  como el escalar \( \tau(s) \) cumpliendo:

\( B'(s)=\tau(s)N(s) \)

mientras que usualmente se hace como:

\( B'(s)=-\tau(s)N(s) \)

siendo \( N(s),B(s) \) los vectores normal y binormal respectivamente.

Entonces revisa las cuentas: con ninguna de las dos fórmulas la torsión da cero. Nota que:

\( r'(t)\cdot (r''(t)\times r'''(t))=det(r'(t),r''(t),r'''(t)) \)

Si haces bien las cuentas ese determinante debe de darte \( 6^3 \).

Saludos.

Si dices que el determinante es 216, entonces tampoco me coincidiría con la curvatura, o me equivoco? podrías revisar si mi curvatura está bien obtenida?

09 Mayo, 2019, 10:16 am
Respuesta #6

Luis Fuentes

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Hola

Si dices que el determinante es 216, entonces tampoco me coincidiría con la curvatura, o me equivoco? podrías revisar si mi curvatura está bien obtenida?

Si. Está bien:

\( r(t)=(3t-t^3,3t^2,3t+t^3) \)
\( r'(t)=(3-3t^2,6t,3+3t^2)=3(1-t^2,2t,1+t^2) \)
\( r''(t)=3(-2t,2,2t)=6(-t,1,t) \)
\( r'''(t)=3(-2t,2,2t)=6(-1,0,1) \)

\( \|r'(t)\|=3\sqrt{(1-t^2)^2+(2t)^2+(1+t^2)^2}=3\sqrt{(2t^2+4t^2+2)}=3\sqrt{2}(t^2+1) \)

\( r'(t)\times r''(t)=18\left|\matrix{e_1&e_2&e_3\\1-t^2&2t&1+t^2\\-t&1&t}\right|=18(t^2-1,-2t,t^2+1) \)

\( \|r'(t)\times r''(t)\|=18\sqrt{(1+t^2)^2+(-2t)^2+(t^2+1)^2}=18\sqrt{(2t^2+4t^2+2)}=18\sqrt{2}(t^2+1) \)

\( \kappa(t)=\dfrac{\|r'(t)\times r''(t)\|}{\|r'(t)\|^3}=\dfrac{18\sqrt{2}(t^2+1)}{54\sqrt{2}(t^2+1)^3}=\dfrac{1}{3(t^2+1)^2} \)

\( det(r'(t),r''(t),r'''(t))=3\cdot 6^2\cdot \left|\matrix{1-t^2&2t&1+t^2\\-t&1&t\\-1&0&1}\right|=
3\cdot 6^2\cdot \left|\matrix{2&2t&1+t^2\\0&1&t\\0&0&1}\right|=6^3 \)

\( \tau(t)=\dfrac{det(r'(t),r''(t),r'''(t))}{\|r'(t)\times r''(t)\|^2}=\dfrac{6^3}{2\cdot 18^2(t^2+1)^2}=\dfrac{1}{3(t^2+1)^2} \)

Saludos.

09 Mayo, 2019, 01:54 pm
Respuesta #7

megasaw

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Hola

Si dices que el determinante es 216, entonces tampoco me coincidiría con la curvatura, o me equivoco? podrías revisar si mi curvatura está bien obtenida?

Si. Está bien:

\( r(t)=(3t-t^3,3t^2,3t+t^3) \)
\( r'(t)=(3-3t^2,6t,3+3t^2)=3(1-t^2,2t,1+t^2) \)
\( r''(t)=3(-2t,2,2t)=6(-t,1,t) \)
\( r'''(t)=3(-2t,2,2t)=6(-1,0,1) \)

\( \|r'(t)\|=3\sqrt{(1-t^2)^2+(2t)^2+(1+t^2)^2}=3\sqrt{(2t^2+4t^2+2)}=3\sqrt{2}(t^2+1) \)

\( r'(t)\times r''(t)=18\left|\matrix{e_1&e_2&e_3\\1-t^2&2t&1+t^2\\-t&1&t}\right|=18(t^2-1,-2t,t^2+1) \)

\( \|r'(t)\times r''(t)\|=18\sqrt{(1+t^2)^2+(-2t)^2+(t^2+1)^2}=18\sqrt{(2t^2+4t^2+2)}=18\sqrt{2}(t^2+1) \)

\( \kappa(t)=\dfrac{\|r'(t)\times r''(t)\|}{\|r'(t)\|^3}=\dfrac{18\sqrt{2}(t^2+1)}{54\sqrt{2}(t^2+1)^3}=\dfrac{1}{3(t^2+1)^2} \)

\( det(r'(t),r''(t),r'''(t))=3\cdot 6^2\cdot \left|\matrix{1-t^2&2t&1+t^2\\-t&1&t\\-1&0&1}\right|=
3\cdot 6^2\cdot \left|\matrix{2&2t&1+t^2\\0&1&t\\0&0&1}\right|=6^3 \)

\( \tau(t)=\dfrac{det(r'(t),r''(t),r'''(t))}{\|r'(t)\times r''(t)\|^2}=\dfrac{6^3}{2\cdot 18^2(t^2+1)^2}=\dfrac{1}{3(t^2+1)^2} \)

Saludos.

Vale, he notado mi error, al calcular la torsión he hecho mal el producto cruz, fallo mío al tener tantos ejercicios por hacer y hacerlos rápido, muchas gracias.

09 Mayo, 2019, 08:45 pm
Respuesta #8

megasaw

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Si dices que el determinante es 216, entonces tampoco me coincidiría con la curvatura, o me equivoco? podrías revisar si mi curvatura está bien obtenida?

Si. Está bien:

\( r(t)=(3t-t^3,3t^2,3t+t^3) \)
\( r'(t)=(3-3t^2,6t,3+3t^2)=3(1-t^2,2t,1+t^2) \)
\( r''(t)=3(-2t,2,2t)=6(-t,1,t) \)
\( r'''(t)=3(-2t,2,2t)=6(-1,0,1) \)

\( \|r'(t)\|=3\sqrt{(1-t^2)^2+(2t)^2+(1+t^2)^2}=3\sqrt{(2t^2+4t^2+2)}=3\sqrt{2}(t^2+1) \)

\( r'(t)\times r''(t)=18\left|\matrix{e_1&e_2&e_3\\1-t^2&2t&1+t^2\\-t&1&t}\right|=18(t^2-1,-2t,t^2+1) \)

\( \|r'(t)\times r''(t)\|=18\sqrt{(1+t^2)^2+(-2t)^2+(t^2+1)^2}=18\sqrt{(2t^2+4t^2+2)}=18\sqrt{2}(t^2+1) \)

\( \kappa(t)=\dfrac{\|r'(t)\times r''(t)\|}{\|r'(t)\|^3}=\dfrac{18\sqrt{2}(t^2+1)}{54\sqrt{2}(t^2+1)^3}=\dfrac{1}{3(t^2+1)^2} \)

\( det(r'(t),r''(t),r'''(t))=3\cdot 6^2\cdot \left|\matrix{1-t^2&2t&1+t^2\\-t&1&t\\-1&0&1}\right|=
3\cdot 6^2\cdot \left|\matrix{2&2t&1+t^2\\0&1&t\\0&0&1}\right|=6^3 \)

\( \tau(t)=\dfrac{det(r'(t),r''(t),r'''(t))}{\|r'(t)\times r''(t)\|^2}=\dfrac{6^3}{2\cdot 18^2(t^2+1)^2}=\dfrac{1}{3(t^2+1)^2} \)

Saludos.

Vale, he notado mi error, al calcular la torsión he hecho mal el producto cruz, fallo mío al tener tantos ejercicios por hacer y hacerlos rápido, muchas gracias.

Una última consulta, cómo podría demostrar que curvatura y torsion son iguales sin basarme en los resultados? O con ellos ya se demuestra?

10 Mayo, 2019, 09:57 am
Respuesta #9

Luis Fuentes

  • el_manco
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Hola

Una última consulta, cómo podría demostrar que curvatura y torsion son iguales sin basarme en los resultados? O con ellos ya se demuestra?

¡Claro qué se demuestra con ellos!. ¿Te parece poca justificación para mostrar que son iguales... ¡ver qué son iguales!?.  :D

Saludos.