Для произвольной параметризации
Пусть параметр — длина дуги
Тогда
(см. замечание пункта 2° § 3). Поэтому
Отсюда получаем, что
Перейдем в последнем равенстве к пределу при
Так как и
то предел левой части существует и равен
Значит, существует и предел правой части
Таким образом, кривая L имеет в точке
кривизну, и формула (1) обоснована.
Вспоминая, что
(см. формулу (6) пункта 2° § 3), для произвольной параметризации имеем
Дифференцируя
еще раз
получим, что
Возведем обе части последнего равенства в квадрат. Учитывая ортогональность векторов
и
и равенства
приходим к соотношению откуда
откуда
После извлечения квадратного корня получаем формулу (2).
Замечание
Если векторы
неколлинеарны, то, как видно из формул (1) и
И наоборот, если
, то векторы
неколлинеарны.
Кривизна плоской кривой, заданной параметрическими уравнениями
вычисляется по формуле
Кривизна графика функции
может быть найдена по формуле
Замечание 2. Иногда кривизне плоской кривой приписывают знак. Обычно его связывают с направлением вращения касательной к кривой по отношению к оси
если это вращение против часовой стрелки, то
если по часовой стрелке, то
При таком подходе знак кривизны кривой — графика функции
— совпадает со знаком второй производной
Поэтому
Непосредственными вычислениями можно показать, что кривизна прямой равна нулю, а кривизна окружности радиуса
равна
Верно и обратное: если кривизна кривой равна нулю, то эта кривая есть связное множество на прямой, а если кривизна плоской кривой равна положительной постоянной а, то эта кривая — дуга окружности радиуса