東京大学 工学系研究科 2013年8月実施 数学 第4問
Author
祭音Myyura (co-authored with GPT 6 Astra)
Description
I. 直線 Lv(u)=(ucosv,usinv,v) において v を連続的に変化させると、常螺面 S(u,v)=Lv(u) を得る。点 S(u,v) における法線ベクトルを求めよ。
II. −1≤u≤1,0≤v≤2π に対応する部分の面積を求めよ。u=sinht と置換してよい。
III. R(v)=S(1,v)=(cosv,sinv,v) とする。点 R(v) における接線を、Tv(0)=R(v) を満たす媒介変数表示 Tv(w) で表せ。
IV. 曲面 D(v,w)=Tv(w) を考える。(1) w=0 のときの法線ベクトルを求めよ。
(2) 任意の w1,w2=0 と同一の v に対し、二点の法線ベクトルが平行であることを示せ。

题目描述
I. 直线 Lv(u)=(ucosv,usinv,v) 扫过常螺面 S(u,v)=Lv(u)。求 S 在 (u,v) 处的法向量。
II. 求 −1≤u≤1, 0≤v≤2π 对应曲面的面积。可用代换 u=sinht。
III. 令 R(v)=S(1,v)=(cosv,sinv,v)。求经过 R(v)、满足 Tv(0)=R(v) 的切线参数式 Tv(w)。
IV. 令 D(v,w)=Tv(w)。(1) 当 w=0 时求曲面的法向量;(2) 证明固定 v 时,任意非零 w1,w2 处的法向量平行。
Kai
I–II
Su=(cosv,sinv,0),Sv=(−usinv,ucosv,1),
従って法線ベクトルは Su×Sv=(sinv,−cosv,u) と取れ、長さは 1+u2 である。
面積は
∫02π∫−111+u2dudv=2π(2+log(1+2)).
III
R′(v)=(−sinv,cosv,1) より、
Tv(w)=(cosv−wsinv, sinv+wcosv, v+w).
Dv=(−sinv−wcosv,cosv−wsinv,1),Dw=(−sinv,cosv,1).
従って、
Dv×Dw=w(−sinv,cosv,−1).
w=0 では非零である。v を固定すると非零の実数倍だけが変わるので、二つの法線ベクトルは平行である。