Длина дуги параболы

Парабола

Длина дуги параболы — это число, характеризующее протяжённость дуги параболы в единицах измерения длины.

Обозначения

Введём обозначения:

x₁ — абсцисса первой точки дуги;

y₁ — ордината (меньшая) первой точки дуги;

x₂ — абсцисса второй точки дуги;

y₂ — ордината (большая) второй точки дуги;

y² = 2px — каноническое уравнение параболы;

L_{дуг.пар} — длина дуги параболы.

Формула

[math]\displaystyle{ L_\text{дуг.пар}=\frac{y_2\sqrt{y_2^2+p^2}-y_1\sqrt{y_1^2+p^2}}{2p}+\frac{p}{2}\ln\left|\frac{y_2+\sqrt{y_2^2+p^2}}{y_1+\sqrt{y_1^2+p^2}}\right| \Leftrightarrow }[/math]

[math]\displaystyle{ \Leftrightarrow L_\text{дуг.пар}=\frac{y_2\sqrt{2px_2+p^2}-y_1\sqrt{2px_1+p^2}}{2p}+\frac{p}{2}\ln\left|\frac{y_2+\sqrt{2px_2+p^2}}{y_1+\sqrt{2px_1+p^2}}\right| \Leftrightarrow }[/math]

[math]\displaystyle{ \Leftrightarrow L_\text{дуг.пар}= sign y_2\sqrt{x_2}\sqrt{x_2+\frac{p}{2}}-sign y_1\sqrt{x_1}\sqrt{x_1+\frac{p}{2}}+\frac{p}{2}\ln\left|\frac{sign y_2\sqrt{x_2}+\sqrt{x_2+\frac{p}{2}}}{sign y_1\sqrt{x_1}+\sqrt{x_1+\frac{p}{2}}}\right| }[/math]

• Заметим, что формула верна для точек с положительными и отрицательными ординатами, причём y₂ > y₁.

Вывод формулы

[math]\displaystyle{ L_\text{дуг.пар}=\int\limits_{y_1}^{y_2}\sqrt{1+\left[\left(\frac{y^2}{2p}\right)'\right]^2}dy=\int\limits_{y_1}^{y_2}\sqrt{1+\left(\frac{y}{p}\right)^2}dy=\int\limits_{y_1}^{y_2}\sqrt{1+\frac{y^2}{p^2}}dy= }[/math]

[math]\displaystyle{ =\frac{1}{p}\int\limits_{y_1}^{y_2}\sqrt{y^2+p^2}dy=\left.\frac{1}{2p}\left(y\sqrt{y^2+p^2} +p^2\ln\left|y+\sqrt{y^2+p^2}\right|\right)\right|_{y_1}^{y_2}= }[/math]

[math]\displaystyle{ =\frac{1}{2p}\left(y_2\sqrt{y_2^2+p^2} +p^2\ln\left|y_2+\sqrt{y_2^2+p^2}\right|-y_1\sqrt{y_1^2+p^2}-p^2\ln\left|y_1+\sqrt{y_1^2+p^2}\right|\right) }[/math]

[math]\displaystyle{ =\frac{y_2\sqrt{y_2^2+p^2}-y_1\sqrt{y_1^2+p^2}}{2p}+\frac{p}{2}\ln\left|\frac{y_2+\sqrt{y_2^2+p^2}}{y_1+\sqrt{y_1^2+p^2}}\right| \Rightarrow }[/math]

[math]\displaystyle{ \Rightarrow L_\text{дуг.пар}=\frac{y_2\sqrt{y_2^2+p^2}-y_1\sqrt{y_1^2+p^2}}{2p}+\frac{p}{2}\ln\left|\frac{y_2+\sqrt{y_2^2+p^2}}{y_1+\sqrt{y_1^2+p^2}}\right| }[/math]

• Для вывода используется формула длина дуги плоской кривой в прямоугольных координатах.
• Для нахождения интеграла используется формула 1 интегралы функций с корнями.

Другие формулы

• длина дуги плоской кривой;
• длина дуги окружности;
• длина дуги параболы;
• длина дуги эллипса;
• длина дуги гиперболы;
• длина дуги синусоиды;
• длина дуги косинусоиды;
• длина дуги циклоиды;
• длина дуги кардиоиды;
• длина дуги астроиды;
• длина дуги эпициклоиды;
• длина дуги гипоциклоиды;
• длина дуги эвольвенты окружности;
• длина дуги цепной линии;
• длина дуги трактрисы;
• длина дуги лемнискаты Бернулли.