به محفل ریاضی ایرانیان خوش آمدید! لطفا برای استفاده از تمامی امکانات عضو شوید
+2 امتیاز
6,872 بازدید
در دبیرستان و دانشگاه توسط amirabbas (1,345 امتیاز)
ویرایش شده توسط A-math-lover

باسلام.

من می‌خواستم با استفاده از انتگرال ثابت کنم مساحت دایره‌ای به شعاع 1 برابر با $\pi$ است.

بر طبق تعریف دایره باید مساحت $x^2 + y^2 = 1$ را محاسبه کنیم. پس می‌توانیم $y$ را بر حسب $x$ به‌دست آوریم. بر این اساس اگر $ y = \sqrt{1-x^2} $ نشان‌دهندۀ یک نیم‌دایره باشد، با محاسبۀ زیر می‌توان مساحت دایرۀ کامل را به‌دست آورد:

$$ 2\int^1_{-1}{\sqrt{1-x^2}dx} $$

ولی این اثبات دارای یک مشکل اساسی است. در به‌دست آوردن مکان هندسی دایره بر حسب $y$ اثبات نشده که تابع حاصل نیم‌دایره بوده و در نتیجه مساحت دایرۀ کامل دو برابر آن است.

سؤالم اینه که چگونه می‌توان ابهام یاد شده را برطرف کرد؟ آیا باید مکان هندسی نیم‌دایره‌ای به شعاع 1 را $y = \sqrt{1-x^2}$ تعریف کنیم و یا اینکه اصلاً مکان هندسی دایره را بر حسب $y$ محاسبه نکرده و در عوض تعریفی برای مساحت یک نگاشت مثل مکان هندسی دایره ارائه کنیم؟

2 پاسخ

+2 امتیاز
توسط amirm20 (1,111 امتیاز)
انتخاب شده توسط amirabbas
 
بهترین پاسخ

با سلام

اول بیا تعریف کنیم خود دایره را :

مجموعه ای از نقاط که فاصله آن نقاط از یک نقطه ثابت ( واقع در همان صفحه ) برابر مقدار ثابتی است .

حالا دو نقطه از دایره رو در نظر بگیر بهم وصلشون کن طوری این خط از مرکز دایره بگذرد ( همان نقطه ایی که ثابت بود ) . به این خط میگیم قطر دایره . حالا اگر در دایره قطر دایره رو بکشی دو قسمت ایجاد میشه که هرکدومشونو میگیم نیم دایره . پس هر نیم دایره گراف ( نمودار ) یک تابع میتوان تعریف کرد . طوری که فاصله همه نقاط آن از مرکز دایره مقدار ثابتی هست. تا این جا دو تا دو تابع داریم با نمودارشون . اما ضابطه شو نداریم .! چگونه ضابطه رو بدست بیاوریم .؟ ابتدا مرکز نیم دایره رو در مبدا دستگاه دکارتی قرار میدیم . بعد با استفاده از ویژیگی که داشت یعنی فاصله نقاطشون از مرکز مقدار ثابت است بدست می آوریم . در نتیجه خواهیم داشت :

enter image description here

حالا که دو تا تابع داریم که ضابطه شونو داریم . با استفاده از انتگرال میتونیم مساحتشونو که پیدا کنیم به این صورت که :

برای نیم دایره ایی که در زیر محور ایکس هاس داریم :

$$ \int_{-a^2}^{a^2} -\sqrt{a^2-x^2}dx =\dfrac{\pi a^2}{2} $$

و برای نیم دایره ایی که در بالای محور ایکس هاس داریم :

$$ \int_{-a^2}^{a^2} \sqrt{a^2-x^2}dx =\dfrac{\pi a^2}{2}$$
توسط fardina (17,622 امتیاز)
+2
@amirm20
انتگرال ها نباید از $-a$ تا $a$ باشند؟
توسط majidgh69 (13 امتیاز)
+1
بله بازه ها باید به مقدار شعاع دایره باشد.
+1 امتیاز
توسط

تابع $x^2 + y^2 = 1$ در راستای محورهای x و y زوج است و دامنه انتگرال در این راستاها متقارن است پس می‌توانیم به جای محاسبه انتگرال تابع، انتگرال یک ناحیه (یک چهارم سطح) را محاسبه کنیم و جواب را در 4 ضرب کنیم.

$\int^1_{-1}{dA} = 4\int^1_0\sqrt{1-x^2}{dx}$
یکی از اولین و بهترین وظایف معلم این نیست که به شاگردانش این احساس را القا کند که مسائل ریاضی ارتباط کمی با یکدیگر دارند و اصلا هیچ ارتباطی با چیزی دیگ ندارند. هنگامی که دوباره به راه حل مساله نگاه می کنیم از موقعیتی طبیعی برای تحقیق در مورد ارتباط های بین یک مساله برخوردار می شویم.
...