字典翻译 问答 小学 数学 用极坐标计算面积能直接积分,而计算弧长却不能,这是为什么
问题标题:
用极坐标计算面积能直接积分,而计算弧长却不能,这是为什么
问题描述:

用极坐标计算面积能直接积分,而计算弧长却不能,这是为什么

陆艳青回答:
  积分被发明用来算面积的
何健廉回答:
  不过我还是不明白
陆艳青回答:
  微积分就是把面积,分解为无数个长方形的面积
陆艳青回答:
  通过求和,算出来的
陆艳青回答:
  他的定义,那个很多长方形组成面积图
何健廉回答:
  为什么,弧长不能用极径对角积分呢
陆艳青回答:
  当你求面积微元的时候,看成扇形或者三角形的话,是要对半径平方的,也就是说,精确地看面积的变化,应该是dA=(ρ+dρ)ρ/2=ρ^2/2+ρdρ/2,那么相对ρ^2/2而言,dρ是小的(你可以计算dρ/dA在dθ趋于0时的极限,是0,说明半径的变化是面积变化的高阶无穷小,所以不用考虑半径变化了),所以你算微元面积的时候可以把这一项去掉;但是你求弧长微元的时候(我看成三角形来算,用余弦定理),(ds)^2=ρ^2+(ρ+dρ)^2-2ρ(ρ+dρ)cos(dθ),然后考虑极限(dρ/ds)^2=(dρ)^2/[2ρ^2(1-cos(dθ))+2ρdρ(1-cos(dθ))+(dρ)^2],现在问题来了,当角度的变化dθ趋于0时,分母第一项和第二项都会趋于零(这和上面不同,上面那个极限的分母中的ρ^2/2是没法变成0的),这样导致整个极限是1,这就说明半径的变化和长度的变化是同阶无穷小,所以这时候再把半径的变化忽略就不对了(你的算法是ds=ρdθ,就是忽略半径的变化了)。为了验证这一点,你可以用你的办法算积分,被积函数一定是ρdθ对吧?然后用标准的参数方程的办法积分,被积函数就是sqrt(ρ^2+ρ'^2)dθ,你看这里开出来后等于比你的多了一个ρ'dθ,而它恰好就是半径的变化,这就说明你此时是不能忽略半径本身的变化的。其实也挺直观的,求面积的时候半径要平方,一个二次的变化肯定比一次的变化更主要,但是如果是求弧长,弧长和半径往往是一次函数的关系,两个变化就差不多,你就不能忽略半径的变化。所以在使用微元法的时候还是要注意的,不能全凭借直观去算,能精确的还是尽量精确。书上一般都不说就直接用,好像给人一种微元法万能的样子,其实不是这样的。不过一般的,求面积、体积这种要乘方的积分,根据上面所说的原理,微元法应该是没问题的。关键就在于你把什么东西看成是高阶无穷小,或者看成是可以忽略的,这是使用微元法得到正确答案的前提。
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