题目
Problem
The curve C has equation
y=21arcosh(2x)27≤x≤13.
Using calculus, determine the exact length of the curve C.
Give your answer in the form pq, where p and q are constants to be found.
(6)
题目中文翻译
曲线 C 的方程为
y=21arcosh(2x)27≤x≤13
利用微积分求曲线 C 的精确长度。
答案应写成 pq 的形式,其中 p 和 q 为待求常数。
解答
解法一:直接积分
思路
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先求导并代入弧长公式。根式可化简成 4x2−12x;由于整个区间内 x>0,不需要额外的绝对值。最后用代换 u=4x2−1 积分并代入精确上下限。
答题过程
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Differentiating,
dxdy==21⋅(2x)2−124x2−11.
Since x>0 throughout the given interval,
1+(dxdy)2==1+4x2−114x2−12x.
Therefore, the length is
s=∫7/2134x2−12xdx.
Let u=4x2−1, so du=8xdx. Then
s====41∫48675u−1/2du21[u1/2]4867521(153−43)2113.
Thus p=211 and q=3.
解法二:使用双曲代换
思路
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求出相同的弧长积分后,令 2x=coshu。这样分母变成 sinhu,与 dx 中的因子约去,积分化成 21∫coshudu;上下限也相应改为反双曲余弦形式。
答题过程
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As in the first method,
s=∫7/2134x2−12xdx.
Let
2x=coshu.
Then
dx=21sinhudu,4x2−1=sinhu.
The new limits are
u=arcosh7andu=arcosh26.
Hence
s====21∫arcosh7arcosh26coshudu21[sinhu]arcosh7arcosh2621(262−1−72−1)2113.