(8.1)James Stewart Calculus 5th Edition:Arc Length


Arc Length

我们知道,圆是由无数个三角形的边长求和得到的,如下图:


我们的函数的弧长也类似:


当我们的点取得比较多的时候,就会:


对应的弧长,也就是线段的和,可以表示为:


这个时候,每一段可以表示为:


有之前的中值定理,我们可以知道在 [xi-1, xi]的区间上,有


所以,对应的这2点的距离可以表示为:


所以,对应的长度,就是对应线段的和:


我们知道,可以表示为:



The Arc Length Formula 弧长公式

或者 用 莱布尼兹写法:



例子1

半立方抛物线?? 这名词....
也就是求一个函数,2个点之间的弧长
这2个点,我们知道对应的x取值范围
可以得到对应的表达式为


在具体去掉y,可以得到:




则:



当x=1, u = 13/4, 当 x = 4, u = 10
所以有:

x和y交换

之前是在 a,b 范围内, 求 x 的积分
其实, 我们反过来想, 是一样的(当然,对应y的函数反过来要连续)
这个时候, 范围就变成 c,d 了,即:



例子2

由 x = y^2 , 有 dx / dy = 2y
可以得到:


我们可以设y = tanθ / 2,则


简单化简得:


我们由tanα = 2, 可以得到



所以:



The Arc Length Function 弧长函数

我们看一下定义:



也就是
在[a,b]上, y = f(x) 沿着初始点P(a,f(a)),到 点Q(x,f(x))
对应的长度的函数
【其实,就是把常量换成了变量,扯了这么久....】



一些其他的写法:

或者



或者

或者反过来:

例子4

我们可以简单求得:



有:



则:

所以,弧长的函数为:
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