韦达定理公式怎么推导出来的
来源 :华课网校 2024-07-31 12:10:42
中韦达定理公式是在数学和物理学中广泛应用的一个重要公式。它描述了一个物体绕定点旋转时,角速度和角动量之间的关系。这个公式是由法国物理学家韦达于1853年提出的,其推导过程如下:
假设一个质点P绕O点旋转,其位置矢量为r,速度矢量为v,加速度矢量为a。我们可以把它们表示为向量形式:
r = OP
v = d(OP)/dt
a = d(v)/dt
由于P绕O点旋转,所以它的速度和加速度都可以分解为径向分量和切向分量。设P点到O点的距离为r,角速度为ω,则有:
v = ω × r
a = ω × (ω × r)
其中,×表示向量叉乘运算。
现在考虑角动量L,定义为质点P的位置矢量r与动量p的叉积。即:
L = r × p
根据牛顿第二定律和角动量定理,我们可以得出:
F = ma
dL/dt = r × F
其中,F表示力,m表示质量。
将F代入上式,得到:
dL/dt = r × ma
将a用上面的式子代入,得到:
dL/dt = r × (ω × (ω × r))
由于向量叉乘满足结合律,所以上式可以展开为:
dL/dt = (r·ω)ω + r × (ω × (ω × r))
其中,·表示向量点乘运算。
根据三重矢积的恒等式,有:
ω × (ω × r) = (ω·r)ω - (ω·ω)r
将上式代入原式,得到:
dL/dt = (r·ω)ω + (ω·r)ω - (ω·ω)r
化简得:
dL/dt = ω × L
这就是韦达定理公式,即角动量L的时间导数等于角速度ω与角动量L的叉积。
综上所述,韦达定理公式的推导基于牛顿第二定律和角动量定理,并利用向量分解、向量叉乘和三重矢积等数学工具进行推导。这个公式在物理学和工程学中具有重要的应用价值,可以帮助解决旋转运动相关的问题。
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