在这篇文章中,我需要简单介绍一个概念,就是曲率。

在写这部分的时候,我想要找一张配图。我设想的这张配图非常简单。毕竟曲率有非常直观的意义:衡量曲线上某一点的弯曲程度。所以,我觉得我应该可以很容易找到一个对比图。

这个对比图应该是这样的,一边有一个很弯的曲线,其中最弯的那一点算出来,曲率值很高,可能是 6.6;另一边有一个比较缓的曲线,算出来曲率值比较低,比如是 0.25。

两个曲率数字,对应两根曲线上的两个点。一目了然:看,曲率用来衡量曲线上某一点的弯曲程度。

我甚至坚信,在网上一定会有更棒的展示形式,帮助大家来理解到底什么是曲率。

比如,现在曲面屏不是挺火的吗?那我们就可以拿曲面屏来介绍曲率呀。大家知道自己购买的曲面屏,曲率是怎样的吗?这背后,就是数学知识呀!

可惜,上面这张图,来自三星官网。是对自家曲面屏不同型号的一个比较,而不是任何数学相关的文章,用来介绍曲率的。

再比如,现在,科幻小说那么火,来不来就时空曲率穿越。时空曲率穿越的基本原理是什么?就是时空不是平坦的,而是弯曲的呀。

太阳(恒星),中子星,黑洞,造成的时空弯曲,不尽相同。下图从左到右,最低点的曲率将依次增大。曲率越大,时空的收缩越严重,就越可能形成穿越。

好吧,后面这段话,我也不确定我解释得对不对,但关键是,这是一个很好的,用来形象解释曲率是什么,并且激发大家兴趣的例子呀!

可惜,上面这张图,来自一篇科普爱因斯坦的引力场方程的文章,而不是任何数学相关的文章,用来介绍曲率。

我甚至觉得,我应该能找到一个特别酷的动画,在这个动画中,随着曲线的变化,曲率的值在跟着变化。以此来展示:曲率用来衡量曲线上某一点的弯曲程度。

比如,我们在创建 bezeir 曲线的时候,调整控制点的过程中,曲线在不断变化,相应的,这根线上的某一点的曲率,也在不断变化。

可惜,上面这张图,来自一篇介绍 Adobe Illustrator 使用的文章,和曲率没有半毛钱关系。大家自然也看不到某一点曲率的即时计算结果。

通过这些例子,我相信大家能理解,我当时在寻找怎样的图片或者动画。

可是,我找了半天,连一个让我满意的图片都找不到,更不用说动画了。

15 分钟后,我放弃了,我自己快速用 ppt 画了一个。就是这张图:

好粗糙,有木有!?那是因为,这是我用 2 分钟的时间画的。

当然,我自己随手画的,曲线方程是未知的,我也就不能具体计算曲率值了。我也没有时间更精细地完成这张图,毕竟这只是我文章中的一小部分。这是个遗憾。

但我坚信,就这么一个简单的比较,就能让别人更简单清晰,一目了然地了解:什么是曲率,什么叫曲率用来衡量曲线上某一点的弯曲程度。

就这么一个图,我愣是没有找到。

我找到的介绍曲率的文章或者图都是什么样子的呢?

我在 Google 输入 curvature tutorial 的关键字。排名第一的结果,来自某大学的在线教程,介绍曲率。整个网页是这样的:杠杠的上公式,没有任何配图:

排名 2,3,4 的结果都来自可汗学院。其中 2,3 是视频,4 是文字。我想我就找个图,不用看视频了吧。结果文字的配图大概是这样的。

这个配图是什么意思呢?这个配图在讲密切圆。

如果了解曲率的同学应该知道,曲率的具体计算,可以通过密切圆算出来的。所以这个图示,等于是在“形象”地展示,曲率的计算是怎么回事儿。

但是,额?曲率到底是怎么回事儿?用这个图合适吗?

好吧,那我看看可汗学院的视频吧。

嗯,和文字稿没啥区别。也没有不同曲率的比较动画。

咦,Google 还给我推荐了一堆 youtube 视频,介绍曲率。这些视频里,应该会在引入曲率这个概念的时候,有一个不同曲率的比较吧?

抱歉,也没有。

要不我看看维基百科?维基百科只有一张示意图,嗯,他还是在说密切圆,在讲曲率如何计算,而不是为了更直观地说明什么是曲率。

至于中文互联网世界,似乎没有太大的改善:

如果问我中文互联网和英文互联网的区别,那就是在中文互联网,我搜到了好几个非要让我注册之后,加入 vip,首月仅需要 16 元,才能看一个前两页都是公式堆砌的 PPT 的完整版。

额?堆公式就这么了不起吗?

说实话,这是挺让我吃惊的一个事情。因为在我看来,如果讲什么是曲率,在具体聊计算之前,直观地看到曲率的大小和曲线形状之间的关系,是如此直接的一种方式。我觉得,每一个老师,都应该能轻松想到,要搞这样一个对比的。

太抽象,不好联系实际,没关系;

搞个对比,展示一下,总可以吧?

我废了半天劲,在互联网上找到的,最接近我想要的,是这样一个图:

可惜,这个图要说明的是,一个圆,半径越大,曲率越小。它将探讨的范围缩小到了“圆的曲率”上,而不是一般的曲率。

但,我其实就是想要这么一个货,愣是没有。

当然,不排除我搜索的方式不对。但搜了一阵子,换了几组关键词,没有轻易搜到,我觉得也能一定程度说明问题了。

后来我想了想,一个可能的原因是,曲率在高等数学或者微积分教学中,是学习者相对靠后才会学习的一个概念。所以大多数教程会默认,在学习曲率这个概念的时候,大家应该已经对高数有了相当的认识了。

可关键是,我承认,计算曲率的值,需要相当的高数知识的积累;

可理解到底什么是曲率,感性地搞明白曲率的概念,是一个小学生就能搞定的呀!(虽然算不出来)。

为什么大多数教程,不从一个小学生都能理解的点出发,进行介绍呢?

我突然意识到了,很多所谓的“进阶”的知识,在网络上,并没有很优秀的教程阐述。

“进阶知识”的教程,都是给“有基础的人”看的,所以门槛相对高一些。

但关键是,“有基础的人”,也需要轻松易懂的教程呀。

降低学习的思维负担,总是好的。不管你讲的是简单的知识,还是复杂的知识;不管你面向的对象是初学者,还是专家。

我得到了一个结论,就是文章的标题:在知识的普及这件工作上,还大有可为;

不管是科普,还是讲解更专业的知识,看来,都还有很多事情可以做呀。

大家加油!:)

P.S.

题图:据说,时空扭曲是穿越时间的核心,可我却还在找一个简单的曲率图示