Перша квадратична форма поверхні. Її геометричний зміст і застосування.
Нехай – регулярна поверхня, задана рівнянням . У будь-якій точці існує дотична площина . Будемо розглядати дотичну площину як двовимірний векторний простір. Вектори цього простору мають вигляд , де – локальний репер поверхні. Введемо в структуру евклідового простору за допомогою скалярного добутку векторів і знайдемо
,
або, позначивши
, , ,
одержимо
–
квадратичну форму від змінних . Вона визначена в дотичній площині поверхні й називається першою квадратичною формою поверхні.
Матриця називається матрицею першої квадратичної форми, а - її детермінантом.
Для коефіцієнтів першої квадратичної форми використовують ще позначення й записують . Тому що поверхня регулярна, то вектори й ненульові, а це означає, що . Крім того, відповідно до нерівності Коші - Буняковського для векторів евклідового простору. Отже, відповідно до критерію Сильвестра, для кожного матимемо , тобто перша квадратична форма додатно-визначена.
Нехай – регулярна поверхня й регулярна крива цієї поверхні задана внутрішніми рівняннями . Векторне рівняння являє собою зовнішнє рівняння кривої . Для довжини дуги кривої маємо:
, .
Оскільки , то , і значить
. (7.1)
Таким чином, , але тоді .
Висновок: Перша квадратична форма поверхні є квадратом диференціала довжини дуги кривої, що лежить на поверхні. Це твердження розкриває геометричний зміст першої квадратичної форми.
Знаючи першу квадратичну форму поверхні, можна:
1) обчислити довжину дуги лінії на поверхні;
2) знайти кут між лініями в точці їхнього перетину;