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Berechnen sie die Längen L1 und L2 der folgenden Kurven in den angegebenen Grenzen x1 bis x2.

f1(x)=sin(x), x1=0,x2=π/2

f2(x)=(x+1)3, x1=1, x2=3


Kann mir einer Bitte helfen? Dank im Voraus.

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a)

integral 0 to (π/2) sqrt(1 + cos^2(x)) dx = sqrt(2) E(1/2)≈1.9101

Sicherlich bekommst Du die Lösung der Integrale nicht mit den

"herkömmlichen" Mitten hin.

Ich habe es mit einer Taylorreihe probiert:(muß vielleicht noch eine Ableitung mehr gerechnet werden)


D5.gif

Avatar von 121 k 🚀
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Hallo

 ihr hattet doch sicher die Formel dafür

$$L=\int_{x_1}^{x_2} \sqrt{1+(f'(x))^2} dx$$

 darin einsetzen, und integrieren.

Gruß lul

Avatar von 107 k 🚀
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   Selbst


https://www.integral-calculator.com/


    streikt .

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es ist

$$ L=\int_{a}^{b} \sqrt{1+(f'(x))^2} dx $$

Die Dinger kann  man aber nicht analytisch lösen.

Da musst du das Integral näherungsweise berechnen lassen.

Mach das entweder mit Untersummen/Obersummen oder probier mal

http://www.mathepedia.de/Keplersche_Fassregel.html

Avatar von 37 k


Da musst du das Integral näherungsweise berechnen lassen.

Mach das entweder mit Untersummen/Obersummen oder probier mal

könnte man nicht das Taylor-Polynom lösen? Das kann man ja gut ableiten und auch das integrieren von einem Polynom ist nicht schwer.

Wenn du nur ein endliches Taylor-Polynom nimmst ist das letztendlich eine Näherung.

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Man könnte das ganze auch programmiertechnisch angehen, wie es in der Skizze angedeutet wird und darauf aufbauend eine Summe mit belibiger Obergrenze a*n-1 nehmen:

Summe.png

$$ A_k=\frac{1}{n}\cdot f(x),\text{ mit  } x:=\frac{k}{n} $$Dann hätte man $$ \sum_{k=0}^{a\cdot n-1}{A_k}=\sum_{k=0}^{a\cdot n-1}{\frac{1}{n}\cdot f\Bigg(\frac{k}{n}\Bigg)}=\frac{1}{n}\cdot\sum_{k=0}^{a\cdot n-1}{ f\Bigg(\frac{k}{n}\Bigg)} $$

Übertragen auf beide Funktionen hätte man also folgende Näherungsresultate:

$$ g(x)=(1+x)^3\quad :\int_{1}^{3}{\sqrt{1+9(1+x)^4}}dx\\\stackrel{n=1000}{\approx} \frac{1}{1000}\cdot\Bigg[ \Bigg(\sum_{k=0}^{3\cdot 1000-1}{\sqrt{1+9\Big(1+\frac{k}{1000}\Big)^4}}\Bigg)-\Bigg(\sum_{k=0}^{1\cdot 1000-1}{\sqrt{1+9\Big(1+\frac{k}{1000}\Big)^4}}\Bigg)\Bigg]\\\approx63,102-7,078=56,024$$

$$ f(x)=sin(x) \quad :\int_{0}^{\frac{\pi}{2}}{\sqrt{1+cos^2(x)}dx}\\\stackrel{n=10000}{\approx}\frac{1}{10000}\cdot\sum_{k=0}^{\frac{3,141}{2}\cdot10000-1}{\sqrt{1+cos^2\Big(\frac{k}{10000}\Big)}}\approx 1,909$$

Bei pi/2 muss man hier allerdings ,,schummeln'', was aber für große n widerum keine bedeutende Rolle mehr spielen würde.

Python-Code:

from math import*

n = int(input(' n = '))     #Einteilungsschritte
a = float(input(' a = '))  #Obergrenze

summe = 0
k=0                              #Laufvariable k
while k<=a*n-1:           #Es wird solange aufaddiert, bis diese Bedingung nicht mehr gilt
    summe = summe+sqrt(1+cos(k/n)**2)
    k = k+1

print(summe/n)

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