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편집 후 새 문서의 위키텍스트 (new_wikitext) | '== 개요 ==
타원적분은 타원의 둘레를 구할 때 등장하는 대표적인 비초등함수이다.
== 정의 ==
제 2종 완전 타원 적분은 다음과 같이 정의됩니다.<br>
<math>
제\;2종\;완전\;타원\;적분\left ( k \right )=\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\sqrt{1-k\sin^{2}t}dt
</math>
== 타원의 둘레 ==
<math>
\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1
</math>
을 양함수로 고쳐보자.<br>
양변에 <math>a^{2}b^{2}</math>를 곱하면,<br>
<math>b^{2}x^{2}+a^{2}y^{2}=a^{2}b^{2}</math>이 된다.<br>
양변에 <math>b^{2}x^{2}</math>를 빼면,<br>
<math>a^{2}y^{2}=a^{2}b^{2}-b^{2}x^{2}</math>이 된다.<br>
양변을 <math>{a}^{2}</math>로 나누어주면,<br>
<math>y^{2}=b^{2}-\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}}</math>
<math>y=\sqrt{b^{2}-\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}}}</math>이 됩니다.
위 함수를 미분하면,
<math>
y=u^{\frac{1}{2}},u=b^{2}-\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}}\\
\frac{dy}{du}\frac{du}{dx}=\frac{1}{2\sqrt{u}}\frac{-2b^{2}x}{a^{2}}\\
\frac{dy}{du}\frac{du}{dx}=\frac{-2b^{2}x}{2a^{2}\sqrt{b^{2}-\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}}}}\\
\frac{dy}{du}\frac{du}{dx}=\frac{-b^{2}x}{a^{2}\sqrt{b^{2}-\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}}}}\\
\frac{dy}{du}\frac{du}{dx}=\frac{-bx}{a^{2}\sqrt{1-\frac{x^{2}}{a^{2}}}}\\
\frac{dy}{du}\frac{du}{dx}=\frac{-bx}{a\sqrt{a^{2}-x^{2}}}\\
</math>
이제 위 식을 제곱합니다.<br>
<math>
\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )}\\
</math>
곡선의 길이<br>
<math>
y=f\left ( x \right ),a\leq x\leq b
</math>
는<br>
<math>\int^{b}_{a} \sqrt{1+\left \{ f'\left ( x \right ) \right \}^{2}}dx</math><br>
를 이용해 봅시다.<br>
위를 그대로 대입하면,<br>
<math>y=0이면 \frac{x^2}{a^{2}}=1,x^{2}=a^{2},x=a,-a입니다.\\
이제\; \; 타원\; \; 윗부분의\; \; 곡선의\; \; 길이는\; \; 다음과\; \; 같이\; \; 주어집니다.\\
</math>
<div style="font-size:2pc">
<math>
\int_{-a}^{a}\sqrt{1+\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )}}dx\\
\int_{-a}^{a}\sqrt{\frac{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )}{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )}+\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )}}dx\\
\int_{-a}^{a}\sqrt{\frac{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )+b^{2}x^{2}}{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )}}dx\\
\int_{-a}^{a}\sqrt{\frac{\left ( a^{2}-x^{2} \right )+\frac{b^{2}}{a^{2}}x^{2}}{\left ( a^{2}-x^{2} \right )}}dx\\
\int_{-a}^{a}\sqrt{\frac{a^{2}+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )x^{2}}{a^{2}-x^{2}}}dx\\
그런데\; 위\; 식에서\; x\; 대신\; -x를 붙여도\; 똑같이\; 성립하므로,\\
2\int_{0}^{a}\sqrt{\frac{a^{2}+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )x^{2}}{a^{2}-x^{2}}}dx\\
아랫부분도\; 제곱하면\; 똑같은\; 식이\; 되므로\; 아랫부분까지\; 합치면.\\
4\int_{0}^{a}\sqrt{\frac{a^{2}+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )x^{2}}{a^{2}-x^{2}}}dx\\
이제 \; x=a \sin t로 치환하면,\frac{dx}{dt}=a \cos t가\; 됩니다.\\
4a\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\cos t \sqrt{\frac{a^{2}+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )a^{2}\sin^{2} t}{a^{2}-a^{2}\sin^{2}t}}dt\\
4a\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\cos t \sqrt{\frac{a^{2}+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )a^{2}\sin^{2} t}{a^{2}-a^{2}\sin^{2}t}}dt\\
4a\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sqrt{\frac{\cos^{2}t+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )\sin^{2} t\cos^{2}t}{1-\sin^{2}t}}dt\\
4a\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sqrt{\frac{\cos^{2}t+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )\sin^{2} t\cos^{2}t}{\cos^{2}t}}dt\\
4a\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sqrt{1+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )\sin^{2}t}dt\\
4a\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sqrt{1-\left ( 1-\frac{b^{2}}{a^{2}} \right )\sin^{2}t}dt\\
윗식에서\; 정의한\; 제2종\; 완전\; 타원\;적분을\;적용해\;봅시다.\\
4a\times제\;2종\; 완전\; 타원\;적분\left ( 1-\frac{a^{2}}{b^{2}}\right ).\\
이 됩니다.
</math>' |
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+== 개요 ==
+타원적분은 타원의 둘레를 구할 때 등장하는 대표적인 비초등함수이다.
+== 정의 ==
+제 2종 완전 타원 적분은 다음과 같이 정의됩니다.<br>
+<math>
+제\;2종\;완전\;타원\;적분\left ( k \right )=\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\sqrt{1-k\sin^{2}t}dt
+</math>
+== 타원의 둘레 ==
+<math>
+\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}=1
+</math>
+을 양함수로 고쳐보자.<br>
+양변에 <math>a^{2}b^{2}</math>를 곱하면,<br>
+<math>b^{2}x^{2}+a^{2}y^{2}=a^{2}b^{2}</math>이 된다.<br>
+양변에 <math>b^{2}x^{2}</math>를 빼면,<br>
+<math>a^{2}y^{2}=a^{2}b^{2}-b^{2}x^{2}</math>이 된다.<br>
+양변을 <math>{a}^{2}</math>로 나누어주면,<br>
+<math>y^{2}=b^{2}-\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}}</math>
+<math>y=\sqrt{b^{2}-\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}}}</math>이 됩니다.
+위 함수를 미분하면,
+<math>
+y=u^{\frac{1}{2}},u=b^{2}-\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}}\\
+\frac{dy}{du}\frac{du}{dx}=\frac{1}{2\sqrt{u}}\frac{-2b^{2}x}{a^{2}}\\
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+\frac{dy}{du}\frac{du}{dx}=\frac{-bx}{a^{2}\sqrt{1-\frac{x^{2}}{a^{2}}}}\\
+\frac{dy}{du}\frac{du}{dx}=\frac{-bx}{a\sqrt{a^{2}-x^{2}}}\\
+</math>
+이제 위 식을 제곱합니다.<br>
+<math>
+\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )}\\
+</math>
+곡선의 길이<br>
+<math>
+y=f\left ( x \right ),a\leq x\leq b
+</math>
+는<br>
+<math>\int^{b}_{a} \sqrt{1+\left \{ f'\left ( x \right ) \right \}^{2}}dx</math><br>
+를 이용해 봅시다.<br>
+위를 그대로 대입하면,<br>
+<math>y=0이면 \frac{x^2}{a^{2}}=1,x^{2}=a^{2},x=a,-a입니다.\\
+이제\; \; 타원\; \; 윗부분의\; \; 곡선의\; \; 길이는\; \; 다음과\; \; 같이\; \; 주어집니다.\\
+</math>
+<div style="font-size:2pc">
+<math>
+\int_{-a}^{a}\sqrt{1+\frac{b^{2}x^{2}}{a^{2}\left ( a^{2}-x^{2} \right )}}dx\\
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+그런데\; 위\; 식에서\; x\; 대신\; -x를 붙여도\; 똑같이\; 성립하므로,\\
+2\int_{0}^{a}\sqrt{\frac{a^{2}+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )x^{2}}{a^{2}-x^{2}}}dx\\
+아랫부분도\; 제곱하면\; 똑같은\; 식이\; 되므로\; 아랫부분까지\; 합치면.\\
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+이제 \; x=a \sin t로 치환하면,\frac{dx}{dt}=a \cos t가\; 됩니다.\\
+4a\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}\cos t \sqrt{\frac{a^{2}+\left ( \frac{b^{2}}{a^{2}}-1 \right )a^{2}\sin^{2} t}{a^{2}-a^{2}\sin^{2}t}}dt\\
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+4a\int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \sqrt{1-\left ( 1-\frac{b^{2}}{a^{2}} \right )\sin^{2}t}dt\\
+윗식에서\; 정의한\; 제2종\; 완전\; 타원\;적분을\;적용해\;봅시다.\\
+4a\times제\;2종\; 완전\; 타원\;적분\left ( 1-\frac{a^{2}}{b^{2}}\right ).\\
+이 됩니다.
+</math>
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1 => '타원적분은 타원의 둘레를 구할 때 등장하는 대표적인 비초등함수이다.',
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61 => '윗식에서\; 정의한\; 제2종\; 완전\; 타원\;적분을\;적용해\;봅시다.\\',
62 => '4a\times제\;2종\; 완전\; 타원\;적분\left ( 1-\frac{a^{2}}{b^{2}}\right ).\\',
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