質問<633>
「「楕円の重心」」
日付 2001/9/14
質問者 あっきー


楕円の重心の求め方がわかりません。

できるだけ早く教えてください。

お返事(武田)
日付 2001/9/19
回答者 武田


楕円や円など、全体だと、重心は中心になります。
たぶん、半楕円の重心のことを言っているのだと思い、
計算してみました。

二重積分で求めます。
   _ _
G’(x,y)は、平面図形の範囲をD、面積をMとすると、
_
x=∫∫ x dxdy /M
   D
_
y=∫∫ y dxdy /M
   D
ただし
M=∫∫ dxdy
   D

さて質問の半楕円の重心は、半楕円周の曲線の方程式が
2  y2
――+――=1より、
2  b2

  b
y=―\(\sqrt{\quad}\)(a2 -x2
  a
-a≦x≦aということで計算してみた。
面積M=∫∫ dxdy
     D
 x=a   y=(\(\frac{b}{a}\))\(\sqrt{\quad}\)(a2-x2
=∫ dx ∫ dy
 x=-a   y=0

 a b
=∫ ―\(\sqrt{\quad}\)(a2-x2)dx
 -a a

 π/2  b
=∫  ――・acosθ・acosθdθ
 -π/2 a

   π/2
=ab∫cos2 θdθ
   -π/2

   π/2 1+cos2θ
=ab∫  ――――――dθ
   -π/2   2

     θ sin2θ π/2
=ab[――+――――]
     2  4  -π/2

     π      π
=ab{(―+0)-(-―+0)}
     4      4

 πab
=―――
  2

半楕円の面積は二重積分を使わなくても簡単に出せましたね。
重心は
_     _
x=0より、yだけを計算すればよい。
_
y=∫∫ y dxdy /M
   D

 x=a   y=(\(\frac{b}{a}\))\(\sqrt{\quad}\)(a2-x2
=∫ dx ∫ ydy /M
 x=-a   y=0

 a b2
=∫ ―――(a2-x2) dx /M
 -a 2a2

  b2       x3  a
=――――[a2 x-――]
 2a2 M     3  -a

  b2   4a3
=――――・―──
 2a2 M  3

 4b
=──
 3π

したがって、
      4b
重心G(0,――)……(答)
      3π