曲线的长度

             

Prerequisite 定积分

   直角坐标系中,曲线通常用函数 $y(x)$ 描述.我们在曲线上某点 $(x, y)$ 附近取一小段,根据勾股定理,它的长度为

\begin{equation} \,\mathrm{d}{l} = \sqrt{ \,\mathrm{d}{x} ^2 + \,\mathrm{d}{y} ^2} = \sqrt{1 + \dot y^2} \,\mathrm{d}{x} \end{equation}
两边积分得
\begin{equation} l = \int_{x_1}^{x_2} \sqrt{1 + \dot y^2} \,\mathrm{d}{x} \end{equation}
这就是曲线在区间 $[x_1, x_2]$ 的长度.

   (例题未完成)

Example 1 抛物线

   对抛物线 $y=\frac{x^2}{2p}$,在区间 $[0,x]$ 对应的弧长为

\begin{equation} \begin{aligned} l&=\overset{\frown}{OM}=\frac{1}{p}\int_{0}^{x}\sqrt{x^2+p^2} \,\mathrm{d}{x} \\ &=\frac{1}{p}\bigg[\frac{1}{2}x\sqrt{x^2+p^2}+\frac{p^2}{2} \ln\left(x+\sqrt{x^2+p^2}\right) \bigg]\Bigg\lvert_{0}^{x}\\ &=\frac{x}{2p}\sqrt{x^2+p^2}+\frac{p}{2}\ln\frac{x+\sqrt{x^2+p^2}}{p} \end{aligned} \end{equation}

         

© 小时科技 保留一切权利