انتگرال معین (طول منحنی)

آخرین ویرایش: 05 اسفند 1402
دسته‌بندی: انتگرال
امتیاز:

محاسبه طول منحنی

فرض کنیم تابع f در فاصله a,b پیوسته و در فاصله a,b مشتق پیوسته داشته باشد.

برای محاسبه طول منحنی y=fx از x=a تا x=b اگر وترهایی از منحنی را در نظر بگیریم، شبیه آن‌چه در محاسبه سطح و حجم بیان شد و با استفاده از قضیه میانگین در مورد مشتق و تعریف انتگرال معین به رابطه زیر می‌رسیم:

محاسبه طول منحنی - پیمان گردلو

P=∫ a b1+f'x2dx

تمرین

مطلوب است محاسبه طول منحنی y=x23 از x=1 تا x=8.

y=x23⇒y'=23 x3


P=∫ a b1+f'x2dx⇒P=∫ 0 81+23  x32dx

⇒P=∫ 0 81+49 x23 dx⇒P=∫ 0 89  x23+43 x3 dx⇒P=1274040−44

محیط دایره‌ای به شعاع R را محاسبه کنید.

طول منحنی - پیمان گردلو

مرکز دایره را بر مبدا مختصات منطبق می‌گیریم.


معادله دایره به‌صورت x2+y2=R2 خواهد بود. کافی است که طول ربع دایره OAB را پیدا کنیم و مقدار را چهار برابر کنیم:

y=0⇒x2=R2⇒x=±Rx=0⇒y2=R2⇒y=±R

y'x=−f'xf'y=−2x2y⇒y'x=−xy⇒y'2=x2y2 y2=R2−x2

y'2=f'2x=x2R2−x2


محیط دایره P=4PAB به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:

P=4PAB⇒P=4∫ 0 R1+y'2dx⇒P=4∫ 0 R1+x2R2−x2dx⇒P=4∫ 0 RRR2−x2 dx⇒P=4R∫ 0 RdxR2−x2

⇒P=4RArcsinxRR0⇒P=4RArcsin1⇒P=4Rπ2⇒P=2πR

طول منحنی y=2x32 در بازه 0,1 را بیابید.

y=2x32⇒y'=2×32x12=y'=3x


P=∫ 0 11+y'2 dx⇒P=∫ 0 11+3x2dx⇒P=∫ 0 11+9x   dx⇒P=2271+9x3210⇒P=2271010−1

طول قوس منحنی y2=49x3 از x=0 تا x=3 را بیابید.

y2=49x3⇒y=23x3⇒y'=x⇒y'2=x


P=∫ 0 31+y'2  dx⇒P=∫ 0 31+x  dx⇒P=231+x3203=143

طول قوس منحنی x23+y23=9 از x=1 تا x=9 را بیابید.

fx,y=x23+y23−9=0⇒y23=9−x23

y'x=−f'xf'y=− 23x3 23y3=−y3x3⇒y'2=y23x23=9−x23x23


P=∫ a b1+y'2   dx⇒P=∫ 1 91+9−   x23x23  dx

⇒P=∫ 1 99 x23   dx=3∫ 1 9x− 13 dx

⇒P=92x2391=923 33−1

برای ارسال نظر وارد سایت شوید