thumb|Torus z pokazanym najprostszym podziałem, pozwalającym obliczyć jego charakterystykę Eulera (tu W= 1, K = 2, S = 1)

Torus – dwuwymiarowa powierzchnia obrotowa zanurzalna w przestrzeni trójwymiarowej, powstała przez obrót okręgu wokół prostej leżącej w płaszczyźnie tego okręgu i nieprzecinającej go. Często oznacza się go symbolem lub

Wyobrażeniem torusa może być napompowana dętka rowerowa lub powierzchnia bajgla.

Parametryzacje Niech okrąg definiujący torus ma promień oś obrotu pokrywa się z osią układu współrzędnych kartezjańskich a jej odległość od środka okręgu wynosi oraz niech środek okręgu leży w płaszczyźnie

Wówczas równanie torusa przyjmuje postać:

Pole powierzchni torusa jest równe:

z kolei objętość torusa (dokładniej: część przestrzeni ograniczonej torusem) jest równa:

Wyniki te najłatwiej uzyskać korzystając z tzw. parametryzacji sferycznej, czyli przedstawiając torus w układzie współrzędnych sferycznych.

Niech dany będzie okrąg w płaszczyźnie o środku w punkcie i promieniu gdzie Parametryzacja tego okręgu przedstawia się następująco:

Obróćmy ten okrąg o kąt wokół osi W tym celu wykorzystamy macierz obrotu:

Zatem:

Wobec tego równanie parametryczne torusa jest postaci:

Krzywizna Gaussa Krzywiznę Gaussa powierzchni obrotowej zadanej równaniem parametrycznym w punkcie można wyznaczyć ze wzoru:

Dla torusa o podanej wcześniej parametryzacji mamy:

Stąd:

Zatem z powyższego wzoru na krzywiznę Gaussa dla powierzchni obrotowej jest:

Zauważmy, że: dla mamy czyli na zewnętrznej stronie torusa; dla mamy czyli na górze i dole torusa; dla mamy czyli po wewnętrznej stronie torusa; gdy wówczas przyjmuje maksimum, tj. na największym okręgu (równoleżniku); gdy wówczas przyjmuje minimum, tj. na najmniejszym okręgu (równoleżniku).

Uogólnienie Torus jest homeomorficzny z przestrzenią ilorazową gdzie jest relacją równoważności określoną następująco:

Wynika stąd istnienie odwzorowania które przyporządkowuje każdemu punktowi płaszczyzny jego klasę abstrakcji w relacji i przeprowadza płaszczyznę w torus. Przekształcenie to łatwo uogólnić na wyższe niż 2 wymiary.

Pojęcie torusa we współczesnej matematyce jest znacznie ogólniejsze i zależnie od działu matematyki możemy mówić o torusach wielowymiarowych, o obiektach w sensie topologicznym równoważnych torusowi, o obiektach mających takie same własności jak torus w sensie teorii rozmaitości algebraicznych itp.

Zobacz też

toroid genus

Przypisy

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Torus , Encyclopedia of Mathematics, encyclopediaofmath.org [dostęp 2024-10-05].

Kategoria:Powierzchnie obrotowe