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Date 2010/01/31 13:37:35
Name 포심
Subject 사이클로이드 문제 질문요.
안녕하세요. 수학교육 전공하는 학생입니다.
미적분학 부분 문제 풀어보다가 사이클로이드에서
막히는게 있어서 질문드립니다.
사이클로이드의 매개변수방정식 유도하는 것이나
넓이, 부피 등등은 어렵지 않게 구할수 있는데요.

"사이클로이드를 X축을 기준으로 회전시킨 회전면의 겉넓이를
구하여라" 이게 도통 풀리지 않네요.
(1-cosx)^3/2 요놈을 적분해야 하는데 치환이나 여타 이런 저런 아이디어를
이용해봐도 잘 안됩니다. 관련 미적분학 책이나 인터넷을 뒤져봐도 해답을 얻을수가 없네요.

제가 보던 책에는 딱 (1-cosx)^3/2이 포함된 적분식까지만 제시하고 방법없이 답만 나와있네요.
책을 쓰신 저자분의 직강을 듣고 있는데(김현웅쌤) 수업때도 적분계산부분은 각자 하라고 넘어가셨습니다.
적분하는 간단한 아이디어만 제시해 주셔도 참으로 감사하겠습니다.

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10/01/31 13:45
수정 아이콘
여기서 뭐하는거임 학교언제갈거임?
하얀달
10/01/31 13:50
수정 아이콘
x와 y에대한 매개변수 방정식으로 영역의 넓이를 계산하면 좀더 간단해집니다
y=(1-cosx)^3/2를 계산하긴 매우 까다롭지만
(x,y)=(t-sint, 1-cost)로 매개변수 표현으로 표시하고(빨리 계산한거라 매개변수표현이 맞는진 확신할수 없지만 방법을 소개해드립니다)
넓이=인테그랄ydx 를 이용하여 계산하면 간단합니다
조금더 도움을 드리자면 y=1-cost이고 dx/dt=(t-sint)'=1-cost 이므로 dx=1-costdt
넓이= 인테그랄ydx=인테그랄 (1-cost)(1-cost)dt 이것은 간단한 삼각함수 적분이므로 충분히 하실수있을것입니다
10/01/31 13:51
수정 아이콘
Loli님// 시끄러 크크크
하얀달님// 말씀하신것은 사이클로이드와 x축 사이의 넓이 구하는 방법이네요.
제가 질문한것은 사이클로이드를 x축으로 회전하였을때 회전체의 겉넓이입니다.
답변은 감사드리지만 제가 원하는 답이 아니네요.
10/01/31 14:11
수정 아이콘
반각 공식 이용해보는건 어떰
하얀달
10/01/31 14:23
수정 아이콘
회전체군요 회전체라도 인테그랄 pi*y^2dx 일테니 위의 방법 그대로 적용하면

회전체 부피=인테그랄 pi*y^2dx=인테그랄 pi*(1-cost)^2(1-cost)dt 로 마찬가지로 삼각함수 적분이 되네요

수교과라면 코사인 3승이 포함되있는 적분도 치환을 통해 구하는 방법을 배우셔을테니 그건 따로 설명하지 않겠습니다
하얀달
10/01/31 14:32
수정 아이콘
제가 다른일 하면서 질문보는거라 또 난독증짓 했네요..

겉넓이면 인테그랄 2pi*y루트[(dx)^2+(dy)^2] 이니깐 마찬가지로 제가 써드린 매개변수표현으로 푸시면 되겠네요

dx=(1-cost)dt dy=sintdt y=1-cost 대입하면 루트안이 정리되고 삼각함수 적분이되네요 계속 난독증 답변드려서 죄송하네요..
10/01/31 14:35
수정 아이콘
회전체의 겉넓이 구하는 방식은 좀 귀찮습니다.
구분구적법 방법을 이용하면 적분구간 임의의 점을 x, x'이라 잡았을때
(x.f(x))와 (x',f(x'))의 거리에 2pi를 곱한것을 적분구간에서 일반화 시켜야합니다.
그리고 적분해야하죠.
형 반각공식과 3배각공식을 적절히쓰면 (1-cosx)^3/2 될듯..
자세한 설명은 생략
10/01/31 14:51
수정 아이콘
일단 풀었습니다.
회전체 겉넓이 공식은 잘 알고 있는것인데 적분이 잘 안됬는데 반각공식에
치환하니까 되네요. 하고 나면 쉬운데 왜 하기전엔 어렵게 느껴질까요.
그게 7대 난제중의 하나인 P대 NP 문제죠. 흐흐
답변 감사드립니다. 단순 미적분 계산은 1학년때 하고 3년만에 다시 풀려고 하니 머리에 녹이 슬었네요.
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