Haaste: osoitustehtävä

Osoita, että samansäteisen ympyrän ja astroidikäyrän pinta-alojen suhde on 3/8. Astroidikäyrä on
x^(2/3) (y^(2/3) = a^(2/3), jossa säde a > 0.

Vaativampi haaste: mikä on ympyrän ja käyrän x^(p/q) y^(p/q) = a^(p/q), a, p, q > 0, pinta-alojen suhde?

Tunnen Eulerin integraaleihin perustuvan osoituksen/todistuksen ensimmäiseen kysymykseen, mutta luulisi helpommankin tavan löytyvän.
7382
Äänestä

Muut lukivat myös

Vastaukset 7

Vanhimmat

A=SS(dxdy) x=acos^3(t)=>dx=-3acos^2(t)sin(t)dt

y=asin^3(t)=>dy=3asin^2tcos(t)dt


A=SS(–9a^2(sin(t)cos(t))^3)dtdt, tuosta pitäisi tulla koko kuvion ala, kun integroimisrajat osaa

laittaa oikein. S on siis määrätty integraali.

Äänestä
  • pitänyt laskea alan kahdeksasosaa, jolloin integroimisrajat ovat pii/4:sta nollaan ja nollasta pii/4:een.
    Siitä puuttui vielä puolikas edestäkin.

    A/8=1/2*(-9)a^2*SS(sin(t)^3*cos(t)^3)dtdt. Ensimmäinen integrointi on hankala, mutta netistähän se löytyy.

    /1/192(cos(6t)-9(cos(2t)). Sijoituksen jälkeen tulee: 36*a^2/192 ja se integroituna toiseen kertaan t:n

    suhteen ja sijoitettuna:36*a^2/192*pii/4. Ja kun tuo oli alan kahdeksaosa, niin koko ala on 3/8*a^2*pii

    Äänestä

  • on tietysti väärin, mutta tässä olisi....

    A= SS(dxdy) (ei mitään puolikasta eteen)

    x=acos^3t , josta dx=-3acos^2(t)sin(t)dt

    y=asin^3(t) , josta dy= 3asin^2(t)cos(t)dt

    A=-9a^2*SS(((sin(t)cos(t))^3)dtdt

    Lasketaan eka neljänneksen ala, jolloin x:n sekä y:n liikematka on a , ja koska

    tan^3(t)=y/x, niin

    t saadaan: tan^3(t)=a/a=1, joten t.:n raja on pii/4

    Eka integrointi: pii/4--0 ja toinen: 0--pii/4 (alaraja ekana)

    (sin(t)cos(t))^3=(sin(2t)/2)^3=1/8(sin(2t))^3

    Tällainen kaava on taulukoissa (ja se voidaan helposti sinin ja kosinin yhteenlaskukaavoilla, kaksinkertaisen sinin ja kosinin kaavoilla sekä Pytagoraaan lauseella johtaakin)

    Sin^3(t)=¼(3sin(t)-sin(3t)), sijoitetaan tuo, ja tulee

    1/32(3sin(2t)-sin(6t)), ja tuon integraali on: 1/32(((-3/2cos(2t)) (1/6cos(6t)))=1/192(cos(6t)-9cos(2t))

    Ensimmäinen sijoitus: A=-9a^2/192*(1-9)=72/192*a^2

    Toiseen kertaan integroituna ja sijoitettuna: A=72/192*(pii/4)*a^2

    Ja koko kuvion ala 4*A, eli 3/8pii*a^2

    Äänestä

Astroidi voidaan parametroida näin:

x(t) = a cos^3(t)
y(t) = a sin^3(t),

Pinta ala on Greenin teoreemaa ja muutamaa trigometristä identiteettiä käyttäen:

1/2 int [x y' - y x'] dt
= 1/2 int [a cos^3(t) a 3 cos(t) sin^2(t) a sin^3(t) a 3 sin(t) cos^2(t)] dt
= 1/2 int [3 a^2 cos^4(t) sin^2(t) 3 a^2 sin^4(t) cos^2(t)] dt
= 1/2 int [3 a^2 cos^2(t) sin^2(t) (cos^2(t) sin^2(t)) ] dt
= 1/2 int [3 a^2 cos^2(t) sin^2(t) ] dt
= 1/2 int [3/4 a^2 sin^2(2t) ] dt
= 1/2 int [3/8 a^2 (1 - cos(4t)) ] dt
= 3/8 pi a^2

Tuossa toisessa pitäisi ensin keksiä jotkut funktiot s(t) ja c(t) s.e.

s^p(t) c^p(t) = 1

sitten homma saadaan purkkiin Greenin teoreemalla parametroinnilla

x(t) = a c^q(t)
y(t) = a s^q(t)

Äänestä
  • Tuo parametrisointi on kerrankin hyödyllistä. Kiitokset myös edelliselle vastaajalle.

    Äänestä

Ei tuo yleinen muoto yleensä edes muodosta suljettua käyrää, jolloin pita-alalla olisi
mielekäs tulkinta. Esim. p=q=1 eli x y=a on suora A=0.

Eli ongelma lienee vaikeampi kun pitää tarkastella mahdollisia p ja q arvoja.

Äänestä
  • Taitaa sopivilla arvoilla syntyä myös neliö. Juu, tuo p:n ja q:n arvojen tarkastelu on todella tarpeen. Täytyypä joskus ottaa oikein asiakseen.

    Äänestä

Kommentoi aloitusta


G-metrix kirjoitti:

Osoita, että samansäteisen ympyrän ja astroidikäyrän pinta-alojen suhde on 3/8. Astroidikäyrä on
x^(2/3) (y^(2/3) = a^(2/3), jossa säde a > 0.

Vaativampi haaste: mikä on ympyrän ja käyrän x^(p/q) y^(p/q) = a^(p/q), a, p, q > 0, pinta-alojen suhde?

Tunnen Eulerin integraaleihin perustuvan osoituksen/todistuksen ensimmäiseen kysymykseen, mutta luulisi helpommankin tavan löytyvän.

Anonyymi
5000

Ilmoita asiaton sisältö

  • Sisältää materiaalia, joka on loukkaavaa, herjaavaa, rasistista, uhkailevaa tai ahdistelevaa.

  • Materiaali sisältää nimiä, yhteystietoja tai muita henkilökohtaisia tietoja. Julkisuuden henkilöistä, julkisissa viroissa toimivista ihmisistä sekä yritysten vastuuhenkilöistä saa keskustella työhön liittyen. Myös yksityiselämään liittyvistä asioista voi keskustella siltä osin, kuin niistä on julkisesti kerrottu.

  • Sisältää lapsille haitallista tai heiltä kiellettyä materiaalia. Seksuaalinen sisältö on sallittua aiheeseen tarkoitetuilla palstoilla, joiden ikäraja on 18 vuotta.

  • Lainvastaista sisältöä voi olla mm. yksityiselämää loukkaavan tiedon levitys, kiihottaminen kansanryhmää vastaan, laiton uhkaaminen, alaikäisiin liittyvä seksuaalinen sisältö/grooming, petokset, identiteettivarkaudet, kunnianloukkaukset ja tekijänoikeusrikkomukset.

  • Sisältö ei liity palstan tai keskusteluketjun aiheeseen.

  • Viesti ei ole suomea tai ruotsia (pl. International Forums), se sisältää mainontaa, se sisältää tekijänoikeuksin suojattua materiaalia, se on massapostitus tai jokin muu syy.

Jaa keskustelu