質問<1816>
「「カテナリー曲線の長さ」」
日付 2004/7/20
質問者 ヂルチ


y=(\(\frac{a}{2}\))(e^(\(\frac{x}{a}\))+e^(-\(\frac{x}{a}\)))のカテナリーとよばれる図形において
x=-x1からx=x1までの弧の長さを求めよ
という問題を学校でだされたのですが
(大学に入ってから詳しくやるといわれましたが)
わかりません。どうかご教授ください

お便り
日付 2004/7/25
回答者 underbird


UnderBirdです。

x=aからx=bまでのy=f(x)の曲線の長さlは、
l=∫_\(a^{b}\) \(\sqrt{\quad}\){1+(y'\()^{2}\)}dx
で求めます。
y=(\(\frac{a}{2}\))(e^(\(\frac{x}{a}\))+e^(-\(\frac{x}{a}\)))のとき、
y'=(\(\frac{1}{2}\))(e^(\(\frac{x}{a}\))-e^(-\(\frac{x}{a}\)))
1+(y'\()^{2}\)=(\(\frac{1}{4}\))(e^(2\(\frac{x}{a}\))+2+e^(-2\(\frac{x}{a}\)))={(e^(\(\frac{x}{a}\))+e^(-\(\frac{x}{a}\)))/2}^2より
\(\sqrt{\quad}\){1+(y'\()^{2}\)}=(e^(\(\frac{x}{a}\))+e^(-\(\frac{x}{a}\)))/2
また、偶関数より
l=2∫_\(0^{x}\)1 (e^(\(\frac{x}{a}\))+e^(-\(\frac{x}{a}\)))/2 dx
=∫_\(0^{x}\)1 e^(\(\frac{x}{a}\))+e^(-\(\frac{x}{a}\)) dx
=a(e^(x\(\frac{1}{a}\))-e^(-x\(\frac{1}{a}\)))
となります

お便り
日付 2004/7/25
回答者 juin


弧の長さL=∫\(\sqrt{\quad}\)(1+(y'\()^{2}\))dxとなる。
y'=(\(\frac{a}{2}\))(e^(\(\frac{x}{a}\))/a-e^(-\(\frac{x}{a}\))/a)=(\(\frac{1}{2}\))(e^(\(\frac{x}{a}\))-e^(-\(\frac{x}{a}\)))
(y'\()^{2}\)=(\(\frac{1}{4}\))(e^(2\(\frac{x}{a}\))-2+e^(-2\(\frac{x}{a}\)))
1+(y'\()^{2}\)=(\(\frac{1}{4}\))(e^(2\(\frac{x}{a}\))+2+e^(-2\(\frac{x}{a}\)))=[(\(\frac{1}{2}\))(e^(\(\frac{x}{a}\))+e^(-\(\frac{x}{a}\))]^2
L=∫(\(\frac{1}{2}\))(e^(\(\frac{x}{a}\))+e^(-\(\frac{x}{a}\)))dx=(\(\frac{1}{2}\))[ae^(\(\frac{x}{a}\))-ae^(-\(\frac{x}{a}\))]
=a[e^(x\(\frac{1}{a}\))-e^(-x\(\frac{1}{a}\))]