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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

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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