CH07 · 参数化不变量

沿一条母线,把圆柱摊平

圆柱看起来弯,却没有把局部尺子拉伸。用同一对点、同一组方向向量,比较圆柱度量与展开平面测量,亲手找到“局部等距”究竟保留了什么。

左:圆柱带状图上的 A、B;右:沿 θ = 0 的母线剪开展开。青色线段对应同一条路径。

操作与观察

把 Δθ 当作经度而不是平面横坐标。真正的横向长度是 RΔθ;展开时只需把它记成 Δx。方向向量也用同一规则换算:一个坐标增量 (dθ,dz) 的物理分量是 (R dθ,dz)。

ds² = R²dθ² + dz² = dx² + dz²

解释

在这里,长度和角度都由第一基本形式计算。两次读数吻合,不是因为圆柱“等于”平面,而是因为剪开后参数域上的度量系数完全变成欧氏系数。这个结论是局部的:跨过剪切线时,展开图的点可能对应同一个圆柱点。

边界提示:当 |Δθ| 接近 π,圆柱上较短的绕行方向可能与当前展开带的直线路径不同;本页会标出这一全局识别边界。