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1 # 半夏半心南巷花開
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2 # 小小囤
由擺線x=a(t - sint),y=a(1 -cost)的一拱與橫軸所圍圖形的面積為3π*a^2。
解:根據定積分求面積公式,以x為積分變數,
可得擺線的一拱與橫軸所圍圖形的面積S為,
S=∫|y| dx=∫a(1 -cost)d(a(t - sint))
=∫a^2(1 -cost)^2dt
又由於擺線的一拱內,0≤t≤2π,所以面積為,
S=∫(0,2π)a^2*(1 -cost)^2dt
=a^2*∫(0,2π)(1-2cost+(cost)^2)dt
=a^2*∫(0,2π)1dt-2*a^2*∫(0,2π)costdt+a^2*∫(0,2π)(cost)^2dt
=a^2*∫(0,2π)1dt-2*a^2*∫(0,2π)costdt+1/2*a^2*∫(0,2π)(1+cos2t)dt
=3/2*a^2*∫(0,2π)1dt-2*a^2*∫(0,2π)costdt+1/2*a^2*∫(0,2π)cos2tdt
=3/2*a^2*(2π-0)-2*a^2*(sin2π-sin0)+1/4*a^2*(sin4π-sin0)
=3π*a^2
擺線(cycloid)是數學中眾多的迷人曲線之一。它是這樣定義的:一個圓沿一直線緩慢地滾動,則圓上一固定點所經過的軌跡稱為擺線。
S=∫|y|dx
=∫a(1-cost)dx(∵y=a(1-cost)≥0,其中a>0)
又∵x=a(t-sint)
∴dx=a(1-cost)dt
S=∫(0,2π)a2(1-cost)2dt
=a2∫(0,2π)(1-cost)2dt
=a2∫(0,2π)(1+cos2t-2cost)dt
=a2∫(0,2π)[1+(1+cos2t)/2-2cost]dt
=a2∫(0,2π)(3/2+cos2t/2-2cost)dt
=a2[3t/2+sin2t/4-2sint]|(0,2π)
=3πa2