Lexikon der Mathematik: Tangentialebene
die Ebene TP (\({\mathcal{F}}\)) ⊂ ℝ3, die mit einer regulären Fläche \({\mathcal{F}}\) ⊂ ℝ3 in einem gegebenen Punkt P ∈ \({\mathcal{F}}\) einen Kontakt erster Ordnung hat.
Ist Φ(u, v) eine Parameterdarstellung der Fläche \({\mathcal{F}}\) (Parameterdarstellung einer Fläche), d. h., eine differenzierbare, bijektive Abbildung von einer offenen Teilmenge \({\mathcal{U}}\) ⊂ ℝ2 auf eine offene, den Punkt P enthaltende Teilmenge \({\mathcal{V}}\) ⊂ \({\mathcal{F}}\) ⊂ ℝ3, so gilt P = Φ(u0, v0) für eindeutig bestimmte Parameterwerte (u0, v0) ∈ \({\mathcal{U}}\), und die Tangentialvektoren
an die Parameterlinien v = v0 bzw. u = u0 durch P sind linear unabhängig. Unter diesen Voraussetzungen wird TP (\({\mathcal{F}}\)) durch die Parameterdarstellung
oder durch die Gleichung
beschrieben, in der 𝔫(0) einen Normalenvektor der Fläche \({\mathcal{F}}\) im Punkt P bezeichnet, für den man in der Regel \({{\mathfrak{n}}}^{(0)}={\Phi}_{u}^{(0)}\times {\Phi}_{\upsilon}^{(0)}\) oder den zugehörigen Einheitsnormalenvektor wählt.
Wenn \({\mathcal{F}}\) als Graph einer differenzierbaren Funktion z = f(x, y) zweier Veränderlicher gegeben ist und P die Koordinaten P = (x(0), y(0), f(x(0), y(0)))⊤ hat, setzt man
und
und erhält die Parameterdarstellung und die Gleichung der Tangentialebene durch P in der Form
bzw.
Allgemeiner ist der Begriff des Kontaktes erster Ordnung zweier k-dimensionaler Untermannigfaltigkeiten N1, N2 ⊂ ℝn für beliebiges n ≥ k in einem gemeinsamen Punkt P ∈ \({\mathcal{N}}\)1 ∩ \({\mathcal{N}}\)2 durch folgende Bedingung definiert: Es gibt Parameterdarstellungen Φ1 und Φ2 von N1 bzw. N2, die als differenzierbare Abbildungen auf einem gemeinsamen Parameterbereich \({\mathcal{U}}\) ⊂ ℝk definiert sind, die
(a) \({\mathcal{U}}\) diffeomorph auf offene Mengen \({\mathcal{V}}\)1 ⊂ N1 bzw \({\mathcal{V}}\)2 ⊂ N2 abbilden,
(b) in einem Punkt Q ∈ \({\mathcal{U}}\) den gleichen Wert Φ1(Q) = Φ2(Q) = P haben, und
(c) deren partielle Ableitungen in Q gleich sind:
Ist eine dieser Untermannigfaltigkeiten, etwa N2, ein k-dimensionaler affiner Unterraum, so ist N2 der Tangentialraum Tp(N1) von N1 im Punkt P. Tp(N1) ist durch die beiden Eigenschaften, affiner Unterraum zu sein und mit N1 im Punkt P einen Kontakt erster Ordnung zu haben, eindeutig bestimmt. Mit dieser Definition des Tangentialraums wird der Begriff der Tangentialebene verallgemeinert.
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