Rektifizierbare Kurven sind ein wichtiger Begriff aus der Theorie der Kurvenintegrale . Sie sind diejenigen Kurven, die als Integrationsbereich auftreten können.
Sei
γ
:
[
a
,
b
]
→
C
{\displaystyle \gamma \colon [a,b]\to \mathbb {C} }
eine stetige Kurve . Sie heißt rektifizierbar , wenn ihre Länge
L
(
γ
)
:=
sup
{
∑
i
=
1
n
|
γ
(
t
i
)
−
γ
(
t
i
−
1
)
|
|
n
∈
N
,
a
≤
t
0
<
…
<
t
n
≤
b
}
{\displaystyle {\mathcal {L}}(\gamma ):=\sup \left\{\sum _{i=1}^{n}|\gamma (t_{i})-\gamma (t_{i-1})|\ {\bigg |}\ n\in \mathbb {N} ,a\leq t_{0}<\ldots <t_{n}\leq b\right\}}
endlich ist,
L
(
γ
)
{\displaystyle {\mathcal {L}}(\gamma )}
heißt Länge von
γ
{\displaystyle \gamma }
.
Ist
γ
{\displaystyle \gamma }
stetig differenzierbar, so ist
γ
{\displaystyle \gamma }
rektifizierbar. Seien nämlich
a
≤
t
0
<
…
<
t
n
≤
b
{\displaystyle a\leq t_{0}<\ldots <t_{n}\leq b}
, dann gibt es nach dem Mittelwertsatz
τ
i
∈
(
t
i
−
1
,
t
i
)
{\displaystyle \tau _{i}\in (t_{i-1},t_{i})}
so, dass
∑
i
=
1
n
|
γ
(
t
i
)
−
γ
(
t
i
−
1
)
|
=
∑
i
=
1
n
|
γ
′
(
τ
i
)
|
(
t
i
−
t
i
−
1
)
{\displaystyle \sum _{i=1}^{n}|\gamma (t_{i})-\gamma (t_{i-1})|=\sum _{i=1}^{n}|{\gamma '(\tau _{i})}|(t_{i}-t_{i-1})}
Die rechte Seite obiger Gleichung ist eine Riemannsche Summe für
∫
a
b
|
γ
′
(
t
)
|
d
t
{\displaystyle \int _{a}^{b}|\gamma '(t)|\,dt}
, also ist
L
(
γ
)
=
∫
a
b
|
γ
′
(
t
)
|
d
t
<
∞
{\displaystyle L(\gamma )=\int _{a}^{b}|\gamma '(t)|\,dt<\infty }
da
γ
′
{\displaystyle \gamma '}
als stetige Funktion auf dem kompakten Intervall
[
a
,
b
]
{\displaystyle [a,b]}
beschränkt ist.
Allgemeiner sind stückweise
C
1
{\displaystyle C^{1}}
-Kurven stets rektifizierbar, man wende obige Überlegung auf die einzelnen Teile der Kurve an.
Als Beispiel für eine nicht rektifizierbare Kurve betrachte
γ
:
[
0
,
1
]
→
C
{\displaystyle \gamma \colon [0,1]\to \mathbb {C} }
,
t
↦
{
0
t
=
0
t
+
i
t
cos
t
−
1
t
>
0
{\displaystyle t\mapsto \left\{{\begin{array}{ll}0&t=0\\t+it\cos t^{-1}&t>0\end{array}}\right.}
Zunächst ist
γ
{\displaystyle \gamma }
stetig und auf jedem Intervall
[
ϵ
,
1
]
{\displaystyle [\epsilon ,1]}
sogar stetig differenzierbar. Auf diesen Intervallen ergibt sich die Länge
L
(
γ
|
[
ϵ
,
1
]
)
=
∫
ϵ
1
|
1
−
i
t
sin
t
−
1
|
d
t
.
{\displaystyle {\mathcal {L}}(\gamma |_{[\epsilon ,1]})=\int _{\epsilon }^{1}\left|1-{\frac {i}{t}}\sin t^{-1}\right|\,dt.}
Für
ϵ
>
0
{\displaystyle \epsilon >0}
konvergiert dies gegen
∫
0
1
(
1
+
1
t
2
sin
2
t
−
1
)
1
/
2
d
t
=
∞
{\displaystyle \int _{0}^{1}\left(1+{\frac {1}{t^{2}}}\sin ^{2}t^{-1}\right)^{1/2}\,dt=\infty }
also ist
γ
{\displaystyle \gamma }
nicht rektifizierbar.