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矢量函数的导数
12.4
假设一辆汽车正在绕山体弯道行驶。在时刻 t,其位置位于点 P。经过短暂的时间间隔 h 后,它在时刻 t + h 到达点 Q。
从 P 指向 Q 的矢量表示汽车在该时间段内的总体位置变化,称为割线矢量。它连接了汽车路径上两个不同的位置。
随着时间间隔 h 变小,点 Q 逐渐靠近点 P。
割线向量开始反映点 P 处道路的方向。
现在将该正割向量乘以 1/h。
该操作不会改变方向,仅会缩放向量的长度。
当 h 趋近于零时,该缩放后的向量趋近于一个具有确定方向和大小的向量。
该极限向量称为导向量,或切向量 r′(t)。
向量 r′(t) 与点 P 处的曲线相切。它表示汽车在任意时刻 t 的瞬时速度,包括速度的大小和方向。
向量值函数描述了位置随时间的变化关系。例如,在笛卡尔坐标系中,沿弯曲道路行驶的汽车的位置可以表示为
\begin{equation*}\textbf{r}(t)=\langle x(t),y(t),z(t)\rangle\end{equation*}
割线向量与平均速度:
该割线向量捕捉了在时间间隔内的整…