12.6
想象一架直升机起飞后在三维空间中沿一条弯曲的路径飞行。
为了计算整个旅程所需的燃料,仅靠起飞点与降落点之间的直线距离是不够的。必须确定弯曲路径的实际长度。
该路径由一个位置矢量函数描述,该函数给出直升机在任意时刻的位置。
为了理解所行进的总距离,我们可以检查路径中的一小段。
曲线的每一微小部分看起来几乎都像一条直线段。通过将曲线划分为许多小段并累加它们的长度,我们可以近似计算出沿曲线的总距离。
随着这些线段变得越来越小且数量增多,近似结果会变得更加精确。
当线段数量趋近于无穷大时,取极限即可得到曲线的精确长度。由于每条线段的长度表示在一小段时间间隔内所经过的距离,其大小取决于位置矢量对时间的导数。
对该区间内的量值进行积分可得到总弧长。
弧长表示物体在空间中沿曲线运动所经过的总距离。对于直升机等运动物体,其路径可以用一个向量值位置函数来建模
\begin{equation*}\mathbf{r}(t)=\langle x(t),y(t),z(t)\rangle\end{equation*}
其中 t 表示时间。与仅测量两点间直线距离的位…