8.4
在电磁学中,表示电场力方向的电场线始终与等势线垂直,而沿等势线方向电势能保持不变。
这两组直线以直角相交,形成正交轨迹。
从数学角度理解该概念,可考虑一族沿 x 轴开口的抛物线,其表达式为 x = ky²,其中 k 为常数。
对抛物线上任意一点处的方程关于 x 求导,可得到该点切线的斜率。
为了将结果推广到该函数族的所有成员,消去 k 可得到用 x 和 y 表示的斜率。
该斜率的垂直方向由其负倒数给出。
将 y/2x 代入斜率表达式并重新整理,可得到抛物线族正交轨迹的方程
对该方程进行积分可得到一个通解表达式,显示出一族以原点为中心的椭圆。
这些椭圆与抛物线以直角相交,类似于真实物理系统中电场线与等势面的正交关系。
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