TU Wien:Analysis 2 UE (diverse)/Übungen SS23/Beispiel 119

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Parametrisieren Sie folgende Kurve nach der Bogenlänge:

x(t)=(t2/213(2t+1)3/2),t≥0.
Dieses Beispiel hat einen unbekannten Lösungsstatus. Bitte editiere diese Seite und schreibe den dir bekannten Status ins Beispiel. Die möglichen Werte sind hier: Vorlage:Beispiel dokumentiert. Führe folgende Änderung durch:
{{Beispiel|1=
Angabetext
}}

oder

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Angabetext
}}

zu (im Falle einer korrekten, unverifizierten Lösung "solved". Auch möglich "unsolved", "wrong", "verified_by_tutor". Alle möglichen Werte sind hier: Vorlage:Beispiel dokumentiert.)

{{Beispiel|status=solved|1=
Angabetext
}}


Bogenlänge

Bogenlänge einer ebenen Kurve: s=∫x1x21+y'2dx


Bogenlänge einer ebenen Kurve in Parameterdarstellung/Vektordarstellung:
Parameterdarstellung/Vektordarstellung: x→(t)=(xy)
s=∫t1t2x'2+y'2dt



Bogenlänge einer Raumkurve: s=∫t1t2x'2+y'2+z'2dt

Lösungsvorschlag von Baccus

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Parametrisieren meint hier, die Funktion abhängig von der Bogenlänge auszudrücken (also f(s)=…):

Bogenlänge s=∫(t2/2)'2+(13(2t+1)3/2)'2=

Mit der Angabe "t≥0" ist nur die untere Integrationsgrenze definiert. Falls wir bis ∞ integrieren würden, wäre die Bogenlänge natürlich auch ∞; daher "erfinden" wir zunächst eine willkürliche obere Grenze u:

=∫0u(t2)+(2t+1)dt =∫0u(t+1)2dt=

=t22+t|0u

Grenzen einsetzen:

s=u22+u

u2+2u−2s=0

Kleine Lösungsformel
Kleine Lösungsformel
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x2+px+q=0⟹x1,2=−p2±(p2)2−q

u=−22±44+2s

u=−1±1+2s

(Die negative Wurzel kann man gleich wieder vergessen, da (−1)−…<0, und somit sicher nicht im geforderten Wertebereich liegt.)

Damit haben wir das oben eingeführte u als Funktion von s ausgedrückt, und können insgesamt schreiben:

((1+2s−1)2/213(2(1+2s−1)+1)3/2)


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