数学のブログ

距離空間の世界 R^nにおける曲線 対数関数、放物線の長さ、パラメーター表示に変換、置換積分法

解析入門(中) (松坂和夫 数学入門シリーズ 5) (松坂 和夫 (著)、岩波書店)の第12章(距離空間の世界)、12.4(R^nにおける曲線)、問題5の解答を求めてみる。

x = t y = log t 1 t 3
dx dt = 1 dy dt = 1 t
1 + 1 t 2 dt
= 1 + t 2 t 2 dt
= 1 + t 2 t dt

置換積分法。

1 + t 2 = u t 1 + t 2 = d u dt 1 + t 2 = u 2 t 2 = u 2 - 1 2 u 10
u t · 1 + t 2 t d u
= u 2 u 2 - 1 d u
= u 2 - 1 + 1 u 2 - 1 d u
= ( 1 + 1 ( u + 1 ) ( u - 1 ) ) d u
= u + 1 2 ( 1 u - 1 - 1 u + 1 ) d u
= u + 1 2 ( log ( u - 1 ) - log ( u + 1 ) )
= u + 1 2 log u - 1 u + 1

よって、 求める曲線の 長さは

10 - 2 + 1 2 ( log 10 - 1 10 + 1 - log 2 - 1 2 + 1 )
= 10 - 2 + 1 2 log ( 10 - 1 ) 2 9 - log ( 2 - 1 ) 2
= 10 - 2 + 1 2 log ( 10 - 1 3 ( 2 - 1 ) ) 2
= 10 - 2 + log 10 - 1 3 ( 2 - 1 )

Wolfram

Integrate[Sqrt[1 + 1 / t^2], {t, 1, 3}]
Output
N[%,5]
Output
Sqrt[10] - Sqrt[2] + Log[(Sqrt[10] - 1) / (3 * (Sqrt[2] - 1))]
Output
N[%,5]
2.3020
Plot[Log[x]]
Plot::argr: Plot called with 1 argument; 2 arguments are expected.
Output
Plot[Log[x], {x, 0, 10}]
Output
Plot[Log[x], {x, 1, 3}]
Output