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高数上册:平面曲线的弧长

【摘要】:平面曲线的长度称为弧长.由于曲线的弧长具有可加性,下面用元素法来讨论平面曲线弧长的计算公式.设曲线弧由直角坐标方程y=f(x)(a≤x≤b)给出,其中f(x)在[a,b]上具有一阶连续导数,求曲线L的弧长s.如右图6-20所示,取x为积分变量,则积分区间为[a,b],任取区间[x,x+dx][a,b],由弧微分公式可知弧长元素为图6-20故曲线弧长为若平面曲线L由参数方程给出,x=φ(x),y=ψ

平面曲线的长度称为弧长.由于曲线的弧长具有可加性,下面用元素法来讨论平面曲线弧长的计算公式.

设曲线弧由直角坐标方程y=f(x)(a≤x≤b)给出,其中f(x)在[a,b]上具有一阶连续导数,求曲线L的弧长s.

如右图6-20所示,取x为积分变量,则积分区间为[a,b],任取区间[x,x+dx]⊂[a,b],由弧微分公式可知弧长元素为

图6-20

故曲线弧长为

若平面曲线L由参数方程给出,x=φ(x),y=ψ(t)在[α,β]上具有连续导数.此时弧微分为

从而所求弧长为

若平面曲线L由极坐标方程ρ=ρ(θ)(α≤θ≤β)给出,ρ(θ)在[α,β]上具有连续导数.则对应的弧微分为

从而所求弧长为

例12 计算曲线上相应于x从a到b的一段弧的长度.

解 从而弧长元素

因此所求弧长为(www.chuimin.cn)

例13 计算摆线x=a(θ-sinθ),y=a(1-cosθ)的一拱(0≤θ≤2π)的长度.

解 弧长元素为

由此,所求弧长为

例14 设曲线L的方程为求曲线L的长度.

解 弧长元素为

由此,所求弧长为

例15 求阿基米德螺线ρ=aθ(a>0)相应于θ从0到2π一段的弧长(图6-21).

图6-21

解 弧长元素为

于是,所求弧长为