极坐标系怎么求弧长

2024-12-15 22:08:46
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在极坐标系中,计算曲线的弧长可以通过以下公式进行:

L = ∫[a, b]√(r^2 + (dr/dθ)^2) dθ

其中:

`r` 是极坐标曲线的极径函数;

`dr/dθ` 是极径函数对极角 `θ` 的导数;

`a` 和 `b` 分别是积分下限和上限。

这个公式表示将极坐标曲线按照一定的步长逐点分割,然后计算每个小线段的长度之和,最终得到曲线的实际长度。

例如,对于极坐标下的对数螺线 `r = a * exp(bθ)`,其弧长 `L` 可以通过以下积分计算得到:

L = ∫[0, θ2] √((a * exp(bθ)^2) + (a * b * exp(bθ)^2)) dθ

= a * ∫[0, θ2] exp(bθ)√(1 + b^2) dθ

= a * (1 + b^2) / b * (exp(bθ2) - exp(0))

= a * (1 + b^2) / b * (exp(bθ2) - 1)

其中 `θ2` 是曲线的结束角度。

需要注意的是,这个公式适用于光滑曲线,即曲线上任意点的切线都存在且连续。对于非光滑曲线,可能需要采用其他方法来近似计算弧长