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109 學年度台綜大微積分 C 第 4 題

考題 / 轉學考微積分 / 台綜大 / 微積分C

109學年度 · 109台綜大微積分C · 第 4 題

題目

4. (10 points) Find the arc length of the polar curve r=θr=\theta with 0≤θ≤π0 \le \theta \le \pi.

解答

解法一

思路

展開
  • 極座標弧長公式為 L=∫r2+(dr/dθ)2 dθL=\int\sqrt{r^2+(\mathrm{d}r/\mathrm{d}\theta)^2}\,\mathrm{d}\theta。
  • 本題 r=θr=\theta,積分可由標準的 ∫1+θ2 dθ\int\sqrt{1+\theta^2}\,\mathrm{d}\theta 公式完成。

答題過程

L= ∫0πθ2+1 dθ= 12[θθ2+1+ln⁡(θ+θ2+1)]0π= 12(ππ2+1+ln⁡(π+π2+1)).\begin{align*} L =&\,\int_0^\pi\sqrt{\theta^2+1}\,\mathrm{d}\theta\\[4mm] =&\,\frac12\left[\theta\sqrt{\theta^2+1} +\ln\big(\theta+\sqrt{\theta^2+1}\big)\right]_0^\pi\\[4mm] =&\,\boxed{\frac12\left(\pi\sqrt{\pi^2+1}+\ln\big(\pi+\sqrt{\pi^2+1}\big)\right)}. \end{align*}