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■46468 / inTopicNo.1)  弧長の長さの公式の証明
  
□投稿者/ モノトーン 一般人(1回)-(2014/10/28(Tue) 01:30:45)
    [a , b]において , fが連続かつf(x)>0の場合

    x軸とf(x)で囲まれる面積SはS=∫a→b f(x)dx

    で与えられますが、これは[a, b]におけるf(x)の最大値をM , 最小値m
    とおくことで

    m凅≦儡≦M凅となり lim凵ィ0 儡/凅=f(x)

    つまりS'(x)=∫f(x)が得られます。


    これと同じように弧長の長さの公式
      
       L=∫a→b√(1+(f'(x))^2)

    を「はさみうちの原理」を用いて証明する際、

    √((dx)^2+(dy)^2) ≦儉 

    はわかる(二点の最短距離はその二点を結んだ線分の長さ)のですが

     儉≦ ??

    となり、上から抑える式が分からず困っています。

    いろいろなサイトでも調べてみましたが

     儉≒√((dx)^2+(dy)^2) とか 
     儉は近似的に√((dx)^2+(dy)^2)とみなせる

    とか書いてはいますが、厳密な議論はできないかと考えています。

    もし、お分かりの方がいましたら、ご教授願います。
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■46469 / inTopicNo.2)  Re[1]: 弧長の長さの公式の証明
□投稿者/ らすかる ベテラン(201回)-(2014/10/28(Tue) 01:48:44)
    「弧長の定義」自体が
    「弧上の点を結ぶ線分の長さの合計の、点の間隔を縮めたときの極限」
    であって、証明するまでもなく「定義」なのではないでしょうか。

    もし「弧長の定義」がそういう定義でないのでしたら、定義を書いて下さい。
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■46470 / inTopicNo.3)  Re[2]: 弧長の長さの公式の証明
□投稿者/ モノトーン 一般人(2回)-(2014/10/28(Tue) 13:07:59)
    なるほど!確かにそのように考えると納得しました。

    ありがとうございます。

    実はこの質問と同じ部分で悩んでいるのが

    y=f(x)のx軸回りの回転体の表面積の公式です。

    結果的にはS=∫a→b 2πf(x)√(1+{f'(x)}^2)で与えられますが

    これも(x,f(x))(x+h,f(x+h)) の結んだ線分を回転させて出来る円錐台の側面積を積み重ねたものが回転体の表面積と定義するのでしょうか。(定義とは必ずしも1つとは限りませんが、高校数学における一般的な考え方はどのようなものかという意味です。)

    積分による面積公式や極座標における面積公式、バームクーヘン積分、傘型積分ははさみうちの原理で説明がつくものの、回転体の表面積などはできず、個人的には腑に落ちない部分を感じます。

    確かに何を定義とするのかを明確にしなければ、堂々巡りのような議論になってしまうかもしれませんが……


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■46471 / inTopicNo.4)  Re[3]: 弧長の長さの公式の証明
□投稿者/ らすかる ベテラン(202回)-(2014/10/28(Tue) 13:43:04)
    詳しくないので経緯はよくわかりませんが、
    曲面の面積は元々積分で定義されるものですから、
    回転体の表面積の公式はその定義から導かれたものと思います。
    結局は「細分化して小さい平面で近似し、細分化を無限に細かく
    したときの極限を曲面の面積と定義する」ということですね。
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■46474 / inTopicNo.5)  Re[4]: 弧長の長さの公式の証明
□投稿者/ モノトーン 一般人(3回)-(2014/10/31(Fri) 02:19:41)
    そうですね!

    定義をそのように考えると、もっている書物やサイトにかかれてあるものもすんなり受け入れることができるように思えます。

    らすかるさん、ありがとうございました!!m(_ _)m

    ※実はこのサイトを数年前に活用させていただいたときも、らすかるさんに答えていただいたと思います・・・・と勝手に感動していました((笑))
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