¿Cuánto mide la longitud del arco de una curva sinusoidal, de 0 a [matemáticas] 2 \ pi [/ matemáticas]?

Los problemas de longitud de arco son una integral:

[matemáticas] \ int ds [/ matemáticas]

Donde ds (sin el rigor matemático apropiado, pero funciona) es una parte infinitesimalmente pequeña de la curva. La curva es suave, pero el teorema de Pitágoras puede aproximar ds (¿puede ver por qué?):

ds² = dx² + dy²

toma la raíz cuadrada de ambos lados, ahora obtenemos:

[matemáticas] ds [/ matemáticas] = [matemáticas] \ sqrt {dx ^ 2 + dy ^ 2} [/ matemáticas]

y luego divide ambos lados por dx, lo que da:

[matemáticas] \ frac {ds} {dx} [/ matemáticas] = [matemáticas] \ sqrt {\ frac {dx ^ 2} {dx ^ 2} + \ frac {dy ^ 2} {dx ^ 2}} [/ matemáticas]

Para dar la fórmula habitual que es [matemáticas] \ int \ sqrt {1 + \ left (\ frac {dy} {dx} \ right) ^ 2} dx [/ math] para la longitud del arco en el cálculo I.

Aprende a derivarlo.

Ahora tenemos una integral de 0 a 2pi, que debería poder evaluar con los métodos integrales trigonométricos habituales.

EDITAR: En realidad, no hay una forma cerrada. En general, así es como se resuelven los problemas de longitud de arco, pero este específicamente no tiene solución:

(Gracias por el comentario)
integral de 0 a 2pi de sqrt (1 + (cosx) ^ 2)

No creo que pueda calcular la integral en forma cerrada con funciones simples.

Para una estimación, puede ingresar el siguiente código aquí: CodeSkulptor

matemáticas de importación

d = 0
n = 100
x_prev = 0
y_prev = 0
para i en rango (1, n + 1):
x_i = i * (math.pi) * 2 / n
y_i = math.sin (x_i)
d + = math.sqrt ((x_i-x_prev) ** 2+ (y_i-y_prev) ** 2)
x_prev = x_i
y_prev = y_i
imprimir d

Aquí n da el número de subintervalos. Puedes configurar lo que quieras.
Presiona el botón triangular para correr.

¿Te refieres a la longitud real de la línea? Es decir, la longitud del círculo?
Bueno, el radio es uno, por lo que la longitud real es (no es broma) [matemáticas] 2 \ pi [/ matemáticas].