全部书籍

专业

应用 关于 Coach 登录 开始阅读

书籍暂未推出简体中文版——当前显示 Nederlands 版。

Wiskunde · 术语表

什么是 Lengte van een boog?

又称: booglengte

Definitie 24.9 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 1 · 第 24 章 — Vlakke krommen

De lengte van een C1C^1-boog f ⁣:[a, b]→R2f \colon \intcc{a}{b} \to \R^2 is de integraal van de snelheid:

L=∫ab∥f′(t)∥  ⁣dt=∫abx′(t)2+y′(t)2   ⁣dt.L = \int_a^b \norm{f'(t)}\,\dd t = \int_a^b \sqrt{x'(t)^2 + y'(t)^2}\;\dd t .

(Motivering: op een klein interval is M(t+h)≈M(t)+hf′(t)M(t + h) \approx M(t) + h f'(t), zodat de boog dicht bij een veelhoek ligt waarvan de lengten van de segmenten een Riemannsom van ∥f′∥\norm{f'} vormen, Stelling 15.20.) Voor een poolkromme r=r(θ)r = r(\theta) heeft de snelheid r′u⃗+rv⃗r'\vec u + r\vec v orthogonale componenten, dus is

L=∫θ1θ2r′(θ)2+r(θ)2   ⁣dθ.L = \int_{\theta_1}^{\theta_2} \sqrt{r'(\theta)^2 + r(\theta)^2}\;\dd\theta .

De lengte hangt niet af van de gekozen (monotone, C1C^1-)parametrisering: de substitutie t=φ(s)t = \varphi(s) in de integraal (Stelling 15.15) vermenigvuldigt f′f' met φ′\varphi' en  ⁣dt\dd t met φ′−1\varphi'^{-1}.

Eén boog van de cycloïde (straal R = 1), de rollende cirkel bij t = 2, en de twee hulplijnen van de weekendopgave: de koorde MC naar het contactpunt staat loodrecht op de kromme, de koorde MT naar de top van de cirkel is rakend.
Eén boog van de cycloïde (straal R=1R = 1), de rollende cirkel bij t=2t = 2, en de twee hulplijnen van de weekendopgave: de koorde MCMC naar het contactpunt staat loodrecht op de kromme, de koorde MTMT naar de top van de cirkel is rakend.

示例

Voorbeeld 24.10 (Controle: de cirkel)

Voor f(t)=(Rcos⁡t,Rsin⁡t)f(t) = (R\cos t, R\sin t) op [0, 2π]\intcc{0}{2\pi} is ∥f′∥=R\norm{f'} = R, dus L=2πRL = 2\pi R — de definitie geeft de omtrek terug. Toets op herparametrisering: de afbeelding g(t)=(Rcos⁡2t,Rsin⁡2t)g(t) = (R\cos 2t, R\sin 2t) op [0, π]\intcc{0}{\pi} tekent dezelfde cirkel met dubbele snelheid ∥g′∥=2R\norm{g'} = 2R, en

∫0π2R  ⁣dt=2πR\int_0^{\pi} 2R\,\dd t = 2\pi R

opnieuw: de halve tijd, de dubbele snelheid, dezelfde lengte — de invariantie die in de definitie werd beloofd, één keer op getallen bekeken. (gg over heel [0, 2π]\intcc{0}{2\pi} laten lopen zou 4πR4\pi R geven: een kromme die twee keer wordt doorlopen is tweemaal zo lang als reis; de lengte meet het geparametriseerde pad, en eerlijke boekhouding van het interval hoort bij de berekening.) Voor de astroïde (cos⁡3t,sin⁡3t)(\cos^3t, \sin^3t) is ∥f′∥=3∣sin⁡tcos⁡t∣=32∣sin⁡2t∣\norm{f'} = 3\abs{\sin t\cos t} = \tfrac32\abs{\sin 2t}, en uit symmetrie L=4∫0π/232sin⁡2t  ⁣dt=6L = 4\int_0^{\pi/2} \tfrac32\sin 2t\,\dd t = 6: een kromme getekend binnen de eenheidscirkel, van lengte 6<2π6 < 2\pi. De weekendopgave meet de beroemdste boog van allemaal.

在原文中阅读 →