Достаточное условие спрямляемости прямой.
Назовем жорданову кривую Γ: , регулярной, если функции φ и ψ имеют на отрезке непрерывные производные. Справедлива следующая теорема. Теорема 1. Всякая регулярная жорданова кривая Γ спрямляема. Доказательство. Разобьем отрезок на части точками и впишем в кривую Γ ломаную, соответствующую этому разбиению. Рассмотрим одно звено этой ломаной, , (рис. 49). Длина этого звена равна . Но по теореме Лагранжа найдутся такие и , что , и поэтому
Значит, длина всей ломаной выражается формулой . (3) По условию производные и непрерывны на отрезке . Поэтому для и на отрезке есть наибольшие значения. Обозначим их А и В: , . Но тогда , , а потому в силу (3) . Поскольку , то для всех ломаных, вписанных в кривую Γ, (4) Поэтому кривая Γ спрямляема. Отметим, что из равенства (3) вытекает также оценка длины ломаной снизу: , (5) где α и β – наименьшие значения для и на отрезке . Из неравенств (4) и (5) вытекают аналогичные неравенства для длины кривой: (6) , (7) . Неравенство (7) следует из неравенства (5) и из того, что lкр lлом. Чтобы доказать неравенство (6), заметим, что в силу неравенства (4) является одной из верхних границ для длин вписанных в Г ломаных, число lкр – точная верхняя граница для этих длин, т.е. наименьшая из верхних границ. Отсюда и следует неравенство (6).
|