問題 次の曲線の長さを求めてください. (1) の の部分の長さ. 解説 2 4 π 2π 4π 消す (参考) この問題は, x, y 座標で与えられた方程式から曲線の長さを求める問題なので,上記のように答えてもらえばOKです. 図形的には,円 x 2 +y 2 =4 のうちの x≧0, y≧0 の部分なので,半径2の円のうちの第1象限の部分の長さ: 2π×2÷4=π になります. (2) 極座標で表される曲線 の長さ. 曲線の長さ 積分. 解説 [高校の範囲で解いた場合] x=r cos θ=2 sin θ cos θ= sin 2θ y=r sin θ=2 sin θ sin θ=1− cos 2θ (∵) cos 2θ=1−2 sin 2 より 2 sin 2 θ=1+ cos 2θ として,媒介変数表示の場合の曲線の長さを求めるとよい. ○===高卒~大学数学基礎メニューに戻る... メニューに戻る
5em}\frac{dx}{dt}\cdot dt \\ \displaystyle = \int_{t_1}^{t_2} \sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} \hspace{0. 5em}dt \end{array}\] \(\displaystyle L = \int_{t_1}^{t_2} \sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} \hspace{0. 線積分 | 高校物理の備忘録. 5em}dt\) 物理などで,質点 \(\mbox{P}\) の位置ベクトルが時刻 \(t\) の関数として \(\boldsymbol{P} = \left(x(t)\mbox{,}y(t)\right)\) で与えられているとき,質点 \(\mbox{P}\) の速度ベクトルが \(\displaystyle \boldsymbol{v} = \left(\frac{dx}{dt}\mbox{,}\frac{dy}{dt}\right)\) であることを学びました。 \[\sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} = \left\|\boldsymbol{v}\right\|\] ですから,速度ベクトルの大きさ(つまり速さ)を積分すると質点の移動距離を求めることができる・・・ということと上の式は一致しています。 課題2 次の曲線の長さを求めましょう。 \(\left\{\begin{array}{l} x = t - \sin t \\ y = 1 - \cos t \end{array}\right. \quad \left(0 \leqq t \leqq 2\pi\right)\) この曲線はサイクロイドと呼ばれるものです。 解答 隠す \(\displaystyle \left\{\begin{array}{l} x = \cos^3 t \\ y = \sin^3 t \end{array}\right. \quad \left(0 \leqq t \leqq \frac{\pi}{2}\right)\) この曲線はアステロイドと呼ばれるものです。 解答 隠す Last modified: Monday, 31 May 2021, 12:49 PM
したがって, 曲線の長さ \(l \) は細かな線分の長さとほぼ等しく, \[ \begin{aligned} & dl_{0} + dl_{1} + \cdots + dl_{n-1} \\ \to \ & \ \sum_{i=0}^{n-1} dl_{i} = \sum_{i=0}^{n-1} \sqrt{ \left( x_{i+1} – x_{i} \right)^2 + \left( y_{i+1} – y_{i} \right)^2} \end{aligned} \] で表すことができる. 最終的に \(n \to \infty \) という極限を行えば \[ l = \lim_{n \to \infty} \sum_{i=0}^{n-1} \sqrt{ \left( x_{i+1} – x_{i} \right)^2 + \left( y_{i+1} – y_{i} \right)^2} \] が成立する. 【積分】曲線の長さの求め方！公式から練習問題まで｜高校生向け受験応援メディア「受験のミカタ」. さらに, \[ \left\{ \begin{aligned} dx_{ i} &= x_{ i+1} – x_{ i} \\ dy_{ i} &= y_{ i+1} – y_{ i} \end{aligned} \right. \] と定義すると, 曲線の長さを次のように式変形することができる. l &= \lim_{n \to \infty} \sum_{i=0}^{n-1} \sqrt{ {dx_{i}}^2 + {dy_{i}}^2} \\ &= \lim_{n \to \infty} \sum_{i=0}^{n-1} \sqrt{ \left\{ 1 + \left( \frac{dy_{i}}{dx_{i}} \right)^2 \right\} {dx_{i}}^2} \\ &= \lim_{n \to \infty} \sum_{i=0}^{n-1} \sqrt{ 1 + \left( \frac{dy_{i}}{dx_{i}} \right)^2} dx_{i} 曲線の長さを表す式に登場する \( \displaystyle{ \frac{dy_{i}}{dx_{i}}} \) において \(y_{i} = y(x_{i}) \) であることを明確にして書き下すと, \[ \frac{dy_{i}}{dx_{i}} = \frac{ y( x_{i+1}) – y( x_{i})}{ dx_{i}} \] である.
\! \! 積分を使った曲線の長さの求め方 | 高校数学の勉強法-河見賢司のサイト. ^2 = \left(x_{i + 1} - x_i\right)^2 + \left\{f(x_{i + 1}) - f(x_i)\right\}^2\] となり,ここで \(x_{i + 1} - x_i = \Delta x\) とおくと \[\mbox{P}_i \mbox{P}_{i + 1} \begin{array}[t]{l} = \sqrt{(\Delta x)^2 + \left\{f(x_i + \Delta x) - f(x_i)\right\}^2} \\ \displaystyle = \sqrt{1 + \left\{\frac{f(x_i + \Delta x) - f(x_i)}{\Delta x}\right\}^2} \hspace{0. 5em}\Delta x \end{array}\] が成り立ちます。したがって,関数 \(f(x)\) のグラフの \(a \leqq x \leqq b\) に対応する部分の長さ \(L\) は次の極限値で求められることが分かります。 \[L = \lim_{n \to \infty} \sum_{i = 0}^{n - 1} \sqrt{1 + \left\{\frac{f(x_i + \Delta x) - f(x_i)}{\Delta x}\right\}^2}\hspace{0.
【公式】 ○媒介変数表示で表される曲線 x=f(t), y=g(t) の区間 α≦t≦β における曲線の長さは ○ x, y 直交座標で表される曲線 y=f(x) の区間 a≦x≦b における曲線の長さは ○極座標で表される曲線 r=f(θ) の区間 α≦θ≦β における曲線の長さは ※極座標で表される曲線の長さの公式は,高校向けの教科書や参考書には掲載されていないが,媒介変数表示で表される曲線と解釈すれば解ける. 曲線の長さ積分で求めると0になった. ( [→例] ) (解説) ピタグラスの定理(三平方の定理)により,横の長さが Δx ,縦の長さが Δy である直角三角形の斜辺の長さ ΔL は したがって ○ x, y 直交座標では x=t とおけば上記の公式が得られる. により 図で言えば だから ○極座標で r=f(θ) のとき,媒介変数を θ に選べば となるから 極座標で r が一定ならば,弧の長さは dL=rdθ で求められるが,一般には r も変化する. そこで, の形になる
二次元平面上に始点が が \(y = f(x) \) で表されるとする. 曲線 \(C \) を細かい 個の線分に分割し, \(i = 0 \sim n-1 \) 番目の曲線の長さ \(dl_{i} = \left( dx_{i}, dy_{i} \right)\) を全て足し合わせることで曲線の長さ を求めることができる. &= \int_{x=x_{A}}^{x=x_{B}} \sqrt{ 1 + \left( \frac{dy}{dx} \right)^2} dx \quad. 二次元平面上の曲線 において媒介変数を \(t \), 微小な線分の長さ \(dl \) \[ dl = \sqrt{ \left( \frac{dx}{dt} \right)^2 + \left( \frac{dy}{dt} \right)^2} \ dt \] として, 曲線の長さ を次式の 線積分 で表す. \[ l = \int_{C} \ dl \quad. \] 線積分の応用として, 曲線上にあるスカラー量が割り当てられているとき, その曲線全体でのスカラー量の総和 を計算することができる. 具体例として, 線密度が位置の関数で表すことができるような棒状の物体の全質量を計算することを考えてみよう. 物体と 軸を一致させて, 物体の線密度 \( \rho \) \( \rho = \rho(x) \) であるとしよう. 曲線の長さ 積分 極方程式. この時, ある位置 における微小線分 の質量 \(dm \) は \(dm =\rho(x) dl \) と表すことができる. 物体の全質量 \(m \) はこの物体に沿って微小な質量を足し合わせることで計算できるので, 物体に沿った曲線を と名付けると \[ m = \int_{C} \ dm = \int_{C} \rho (x) \ dl \] という計算を行えばよいことがわかる. 例として, 物体の長さを \(l \), 線密度が \[ \rho (x) = \rho_{0} \left( 1 + a x \right) \] とすると, 線積分の微小量 \(dx \) と一致するので, m & = \int_{C}\rho (x) \ dl \\ & = \int_{x=0}^{x=l} \rho_{0} \left( 1 + ax \right) \ dx \\ \therefore \ m &= \rho_{0} \left( 1 + \frac{al}{2} \right)l であることがわかる.
における微小ベクトル 単位接ベクトル を用いて次式であらわされる. 最終更新日 2015年10月10日
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