质心的计算通常涉及对物体或曲线质量分布的积分运算。以下是针对平面曲线和空间曲线的质心计算公式:
平面曲线
线密度为常数的情况
质心坐标为:
[
(x_c, y_c) = left( frac{int x , ds}{int ds}, frac{int y , ds}{int ds} right)
]
其中,( ds ) 是曲线元的长度元素。
参数方程形式
设曲线的参数方程为 ( x(t), y(t) ),则质心坐标为:
[
(x_c, y_c) = left( frac{int_{t_1}^{t_2} x(t) sqrt{x'^2(t) + y'^2(t)} , dt}{int_{t_1}^{t_2} sqrt{x'^2(t) + y'^2(t)} , dt}, frac{int_{t_1}^{t_2} y(t) sqrt{x'^2(t) + y'^2(t)} , dt}{int_{t_1}^{t_2} sqrt{x'^2(t) + y'^2(t)} , dt} right)
]
其中,( t_1 ) 和 ( t_2 ) 是参数 ( t ) 的起始和终止值,( x'(t) ) 和 ( y'(t) ) 分别是 ( x(t) ) 和 ( y(t) ) 对 ( t ) 的导数。
空间曲线
线密度为常数的情况
质心坐标为:
[
(x_c, y_c, z_c) = left( frac{int x , ds}{int ds}, frac{int y , ds}{int ds}, frac{int z , ds}{int ds} right)
]
其中,( ds ) 是曲线元的长度元素。
参数方程形式
设曲线的参数方程为 ( x(t), y(t), z(t) ),则质心坐标为:
[
(x_c, y_c, z_c) = left( frac{int_{t_1}^{t_2} x(t) sqrt{x'^2(t) + y'^2(t) + z'^2(t)} , dt}{int_{t_1}^{t_2} sqrt{x'^2(t) + y'^2(t) + z'^2(t)} , dt}, frac{int_{t_1}^{t_2} y(t) sqrt{x'^2(t) + y'^2(t) + z'^2(t)} , dt}{int_{t_1}^{t_2} sqrt{x'^2(t) + y'^2(t) + z'^2(t)} , dt}, frac{int_{t_1}^{t_2} z(t) sqrt{x'^2(t) + y'^2(t) + z'^2(t)} , dt}{int_{t_1}^{t_2} sqrt{x'^2(t) + y'^2(t) + z'^2(t)} , dt} right)
]
其中,( t_1 ) 和 ( t_2 ) 是参数 ( t ) 的起始和终止值,( x'(t) ), ( y'(t) ), 和 ( z'(t) ) 分别是 ( x(t) ), ( y(t) ), 和 ( z(t) ) 对 ( t ) 的导数。
示例
对于空间曲线,如果曲线的参数方程为 ( x(t) = a cos(t), y(t) = a sin(t), z(t) = t ),且线密度为常数 ( rho ),则质心坐标为:
[
(x_c, y_c, z_c) = left( frac{int_{0}^{2pi} a cos(t) , dt}{int_{0}^{2pi} 1 , dt}, frac{int_{0}^{2pi} a sin(t) , dt}{int_{0}^{2pi} 1 , dt}, frac{int_{0}^{2