Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Síkgörbe ívhossza

440
Csatoltam képet.
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
0
Felsőoktatás / Matematika

Válaszok

1
A görbe: `\mathbf{r} = [[5-2t],[3t^2+1]]`

A deriváltja: `\dot\mathbf{r} = [[-2],[6t]]`

A derivált hossza: `|\dot\mathbf{r}| = 2sqrt(9t^2+1)`

Ezt kell integrálni az ívhosszhoz:

`S=int_0^2 2sqrt(9t^2+1) dt`

Nem egy egyszerű integrál ez. Legyen `t=(tan u)/3`, ekkor `(dt)/(du)=1/(3cos^2 u)`, így `dt=1/(3cos^2 u) du`. A határok pedig 0 és `arctan 6`. Írjuk fel az integrált `u`-val:

`S=2/3 int_0^{arctan 6} sqrt(tan^2 u+1)/(cos^2 u) du`

Az integrandusban `sqrt(tan^2 u+1)``=``sqrt((sin^2 u)/(cos^2 u)+1)``=``sqrt(sin^2 u+cos^2 u)/|cos u|``=``1/|cos u|`

Az integrálási tartományon a koszinusz pozitív, így az abszolút érték elhagyható:

`S=2/3 int_0^{arctan 6} 1/(cos^3 u) du`

Ez pedig egy nevezetes integrál: https://en.wikipedia.org/wiki/Integral_of_secant_cubed

`S=1/3 [(tan u)/(cos u)+ln|1/(cos u)+tan u|]_0^{arctan 6}``=``1/3 [6/(cos arctan 6)+ln|1/(cos arctan 6)+6|]`


`cos arctan 6 = 1/sqrt(6^2+1)=1/sqrt(37)`


`S=1/3 [6sqrt(37)+ln(sqrt(37)+6)]``=``2sqrt(37)+1/3 ln(sqrt(37)+6)``~~`` 12.996`

Ellenőrzés: https://www.wolframalpha.com/input/?i=%5B5-2t%2C3t%5E2%2B1%5D%2C+0%3Ct%3C2+arc+length



Mivel a görbe egy parabolát ír le, a másik lehetőség, hogy függvénykapcsolattá alakítjuk (`y=3/4x^2-15/2x+79/4`), és az `S=int_{x_1}^{x_2}sqrt(1+(y'(x))^2)dx` képlettel számolunk ívhosszt. Ez egy ugyanilyen típusú integrálra vezetett volna:

`S=int_1^5 sqrt(9/4x^2-45/2x+229/4) dx`
0