Kalkulator Panjang Busur Parabola
Ukur busur parabola apa pun dari persamaan dan intervalnya, langkah demi langkah.
Kurva Asli dan Busur Terpilih
Titik emas menandai titik tengah setiap subinterval.
Integran g(x) dan Persegi Panjang Titik Tengah
Arahkan kursor ke persegi panjang untuk melihat subinterval, titik tengah, nilai integran, dan kontribusinya.
Tabel Perhitungan Titik Tengah Terperinci
Perbandingan Konvergensi
Selisih antara penyempurnaan berturut-turut adalah indikator galat praktis, bukan batas galat yang terjamin.
Kesalahan Perhitungan
Navigasi Bagian
Cara Menggunakan Kalkulator Panjang Busur Parabola
Kalkulator Panjang Busur Parabola mengukur panjang segmen melengkung parabola dari persamaan dan dua koordinatnya. Halaman ini terbuka dengan panel Parabola Arc Length aktif, menampilkan rumus L = ∫x1x2 √(1 + (dy/dx)2) dx. Ikuti langkah-langkah berikut untuk mendapatkan jawaban yang benar dalam waktu kurang dari satu menit.
- Pilih bentuk persamaan. Pilih bentuk titik puncak vertikal, bentuk umum vertikal, bentuk titik puncak horizontal, bentuk umum horizontal, atau bentuk fokus standar. Kolom masukan berubah mengikuti bentuk yang Anda pilih.
- Masukkan parameter parabola. Untuk y = a(x − h)2 + k, masukkan a, h, dan k. Untuk y = ax2 + bx + c, masukkan a, b, dan c. Untuk bentuk fokus, masukkan p dan titik puncak (h, k).
- Masukkan interval. Berikan koordinat awal dan akhir: nilai x untuk parabola vertikal, nilai y untuk parabola horizontal. Kalkulator menemukan kedua titik ujung pada kurva untuk Anda.
- Pilih satuan dan presisi. Satuan memberi label pada jawaban; presisi menentukan berapa tempat desimal yang ditampilkan hasil. Satuan tersedia dari milimeter hingga yard.
- Klik Calculate Now. Kalkulator mengevaluasi rumus panjang busur yang tepat dan menampilkan panjang busur, panjang tali busur, selisih busur terhadap tali busur, titik-titik ujung, kemiringan garis singgung, serta titik puncak, fokus, dan direktriks.
- Jelajahi grafiknya. Grafik interaktif menggambar parabola, menyorot busur yang dipilih dengan warna emas, dan menandai titik puncak, fokus, titik-titik ujung, dan tali busur. Gunakan tombol untuk menampilkan atau menyembunyikan elemen, dan perbesar atau seret untuk memeriksa kurva.
- Salin atau atur ulang. Gunakan Copy Result untuk menempatkan jawaban pada papan klip Anda, atau Reset untuk mengosongkan panel. Tombol Swap Start and End menukar kedua nilai interval dalam satu klik.
Coba sebuah contoh. Tombol preset memuat nilai terverifikasi secara instan: y = 0.5x2 dari x = −2 sampai x = 2 menghasilkan 5.915771430 satuan, y = x2 dari x = 0 sampai x = 3 menghasilkan 9.747088759 satuan, dan parabola horizontal x = 0.25(y − 1)2 + 2 dari y = −1 sampai y = 3 menghasilkan 4.591174299 satuan.
Tips penting. Gunakan satuan yang sama untuk semua nilai. Parabola vertikal memerlukan interval x; parabola horizontal memerlukan interval y. Jika koordinat awal dan akhir sama, panjang busurnya nol. Parabola tidak memiliki keliling penuh yang berhingga, jadi kalkulator hanya melaporkan busur berhingga yang dipilih.
Apa Itu Panjang Busur Parabola?
Parabola adalah himpunan titik-titik yang berjarak sama dari sebuah titik tetap, yaitu fokus, dan sebuah garis tetap, yaitu direktriks. Parabola adalah kurva yang terbentuk saat Anda melempar bola, saat antena parabola mengumpulkan sinyal, atau saat sebuah pelengkung menahan beban. Busur adalah bagian dari kurva tersebut di antara dua titik padanya. Panjang busur adalah jarak yang Anda tempuh jika berjalan menyusuri kurva dari titik pertama ke titik kedua.
Setiap parabola dapat ditulis sebagai fungsi dari satu variabel. Parabola vertikal adalah y = a(x − h)2 + k, dengan (h, k) sebagai titik puncak dan a menentukan lebar serta arah bukaan. Parabola horizontal adalah x = a(y − k)2 + h. Kedua titik ujung sebuah busur ditemukan dengan memasukkan nilai interval ke dalam persamaan: untuk y = 0.5x2 dari x = −2 sampai x = 2, titik-titik ujungnya adalah (−2, 2) dan (2, 2).
Jarak melengkung berbeda dari jarak garis lurus. Garis lurus antara (−2, 2) dan (2, 2) panjangnya 4 satuan, tetapi parabola turun ke titik puncaknya di (0, 0) lalu naik kembali, sehingga busurnya lebih panjang: 5.915771430 satuan, sekitar 47.9% lebih panjang daripada tali busur. Selisih panjang itulah alasan panjang busur memerlukan perhitungan tersendiri.
Parabola yang utuh memiliki panjang tak berhingga, karena kurvanya terus berlanjut tanpa henti ke kedua arah dan tidak pernah menutup. Hanya busur berhingga di antara dua koordinat berhingga yang panjangnya dapat dihitung, dan itulah yang diukur kalkulator ini.
Rumus Panjang Busur Parabola
Panjang busur fungsi y = f(x) antara x1 dan x2 diberikan oleh integral tentu berikut:
Setiap simbol dalam rumus memiliki arti yang tepat:
| Simbol | Arti | Catatan |
|---|---|---|
| L | Panjang busur | Jarak melengkung sepanjang parabola |
| x1, x2 | Titik ujung interval | Nilai x awal dan akhir untuk parabola vertikal |
| dy/dx | Turunan | Kemiringan garis singgung pada setiap titik |
| dx | Lebar diferensial | Langkah yang sangat kecil sepanjang sumbu x |
| ds | Panjang busur diferensial | ds = √(1 + (dy/dx)2) dx |
Untuk parabola vertikal y = a(x − h)2 + k, turunannya adalah dy/dx = 2a(x − h), sehingga integralnya menjadi:
Integral ini memiliki jawaban bentuk tertutup yang tepat, sesuatu yang jarang terjadi pada soal panjang busur. Dengan u = 2a(x − h) dan F(u) = ½[u√(1 + u2) + asinh(u)], panjangnya adalah L = |F(u2) − F(u1)| / (2|a|), dengan asinh adalah sinus hiperbolik invers. Kalkulator menggunakan rumus tepat ini, lalu memeriksanya silang dengan integrasi numerik.
Untuk parabola horizontal x = a(y − k)2 + h, rumus yang sama berlaku dengan peran x dan y ditukar: integralkan terhadap y, dan gunakan dx/dy = 2a(y − k) sebagai pengganti dy/dx.
Cara Menghitung Panjang Busur Parabola
Menghitung panjang busur parabola dengan tangan mengikuti delapan langkah. Contoh yang dikerjakan di bawah ini menggunakan y = x2 dari x = 0 sampai x = 3.
- Kenali persamaan parabola. y = x2, jadi a = 1, h = 0, k = 0.
- Kenali orientasinya. Persamaan memberikan y sebagai fungsi x, jadi ini parabola vertikal dan intervalnya dalam x.
- Cari turunannya. dy/dx = 2x.
- Kenali intervalnya. x1 = 0 dan x2 = 3.
- Masukkan ke dalam rumus panjang busur. L = ∫03 √(1 + (2x)2) dx = ∫03 √(1 + 4x2) dx.
- Terapkan antiturunannya. Dengan u = 2x, F(u) = ½[u√(1 + u2) + asinh(u)], dan L = |F(6) − F(0)| / 2.
- Evaluasi batas-batasnya. F(0) = 0. F(6) = ½[6√(37) + asinh(6)] = ½[36.4965751818 + 2.4917798526] = 19.4941775172. Jadi L = 19.4941775172 / 2 = 9.7470887586.
- Tafsirkan jawaban akhirnya. L ≈ 9.747088759 satuan. Titik-titik ujungnya adalah (0, 0) dan (3, 9), dan tali busur di antara keduanya adalah 9.4868329805 satuan, jadi busur melebihi tali busur hanya 0.2602557781 satuan, sekitar 2.7%.
Kedelapan langkah yang sama berlaku untuk setiap bentuk. Kuadrat umum y = ax2 + bx + c memiliki turunan 2ax + b, jadi tetapkan u = 2ax + b dan gunakan F(u) yang sama. Persamaan bentuk fokus (x − h)2 = 4p(y − k) diubah ke bentuk titik puncak dengan a = 1/(4p) terlebih dahulu. Parabola horizontal menukar x dan y di seluruh langkah.
Penjelasan Bentuk-Bentuk Persamaan Parabola
Parabola yang sama dapat ditulis dalam beberapa bentuk, dan setiap bentuk memudahkan pekerjaan yang berbeda. Kalkulator menerima kelima bentuk itu, jadi Anda dapat memasukkan persamaan persis seperti yang diberikan buku teks atau hasil pengukuran Anda.
| Bentuk | Persamaan | Paling cocok untuk |
|---|---|---|
| Bentuk titik puncak vertikal | y = a(x − h)2 + k | Membaca titik puncak (h, k) dan arah bukaan sekilas |
| Bentuk umum vertikal | y = ax2 + bx + c | Persamaan sebagaimana diperoleh dari pencocokan data atau soal aljabar |
| Bentuk titik puncak horizontal | x = a(y − k)2 + h | Parabola menyamping, seperti antena yang dilihat dari samping |
| Bentuk umum horizontal | x = ay2 + by + c | Parabola menyamping dalam bentuk yang dijabarkan |
| Bentuk fokus standar | (x − h)2 = 4p(y − k) | Desain optik dan reflektor, yang mengutamakan fokus |
Bentuk-bentuk itu saling berubah dengan melengkapkan kuadrat. Untuk y = 2x2 − 4x + 1, faktorkan a = 2: y = 2(x2 − 2x) + 1 = 2(x − 1)2 − 1, jadi titik puncaknya adalah (1, −1). Secara umum, titik puncak y = ax2 + bx + c berada di h = −b/(2a) dan k = c − b2/(4a). Parameter fokusnya adalah p = 1/(4a), sehingga bentuk fokus langsung mengikuti: (x − 1)2 = 4 × (1/8)(y + 1), karena p = 1/8 untuk a = 2.
Satu jebakan konversi yang perlu dihindari: titik puncak (h, k) dalam bentuk titik puncak bukanlah pasangan angka yang sama dengan konstanta dalam bentuk umum. Pada y = 2x2 − 4x + 1, konstanta c = 1 adalah perpotongan dengan sumbu y, sedangkan titik puncaknya berada di y = −1. Mencampuradukkan keduanya menghasilkan parabola yang berbeda dan panjang busur yang salah.
Memahami Titik Puncak, Fokus, dan Direktriks
Tiga unsur menentukan parabola sepenuhnya: titik puncak, fokus, dan direktriks.
Titik puncak adalah titik balik kurva, tempat kurva berubah arah. Untuk y = a(x − h)2 + k, titik puncaknya adalah titik (h, k). Untuk y = 0.5x2, titik puncaknya adalah (0, 0); untuk y = 2x2 − 4x + 1, titik puncaknya adalah (1, −1).
Fokus adalah titik tetap yang, bersama direktriks, menentukan kurva. Setiap titik pada parabola berjarak tepat sama dari fokus dan dari direktriks. Untuk parabola vertikal, fokus terletak pada sumbu simetri pada jarak p dari titik puncak, dengan p = 1/(4a). Untuk y = 0.5x2, p = 0.5, jadi fokusnya adalah (0, 0.5).
Direktriks adalah garis tetap di sisi titik puncak yang berlawanan dengan fokus. Untuk parabola vertikal, direktriks adalah garis horizontal y = k − p. Untuk y = 0.5x2, direktriksnya adalah y = −0.5. Untuk parabola horizontal, direktriksnya vertikal: x = h − p.
Sumbu simetri adalah garis yang melalui titik puncak dan fokus. Parabola vertikal simetris terhadap garis vertikal x = h; parabola horizontal simetris terhadap garis horizontal y = k. Tanda a menentukan arah bukaan: a > 0 membuka ke atas (atau ke kanan untuk parabola horizontal), a < 0 membuka ke bawah (atau ke kiri).
Berikut unsur-unsur dari kelima contoh preset, semuanya dihitung oleh kalkulator:
| Contoh | Titik Puncak | Fokus | Direktriks |
|---|---|---|---|
| y = 0.5x2 | (0, 0) | (0, 0.5) | y = −0.5 |
| y = x2 | (0, 0) | (0, 0.25) | y = −0.25 |
| x = 0.25(y − 1)2 + 2 | (2, 1) | (3, 1) | x = 1 |
| y = 2x2 − 4x + 1 | (1, −1) | (1, −0.875) | y = −1.125 |
| y = −0.5x2 + 3 | (0, 3) | (0, 2.5) | y = 3.5 |
Perhatikan bahwa parabola yang lebih sempit memiliki fokus yang lebih dekat ke titik puncak: y = x2 memiliki p = 0.25, sedangkan y = 0.5x2 yang lebih lebar memiliki p = 0.5. Kurva yang landai dan lebar memerlukan fokus yang jauh; kurva yang rapat memerlukan fokus yang dekat.
Mengapa Panjang Busur Parabola Memerlukan Integrasi?
Garis lurus memiliki satu kemiringan, jadi panjangnya cukup satu perkalian. Parabola berubah kemiringan di setiap titik, jadi tidak ada satu perkalian pun yang dapat memberikan panjangnya. Satu-satunya cara yang jujur untuk mengukurnya adalah memotong kurva menjadi potongan-potongan kecil, mengukur setiap potongan seolah-olah lurus, lalu menjumlahkannya. Penjumlahan itu adalah integrasi.
Perhatikan satu potongan kecil. Bergerak sejauh dx secara horizontal sepanjang kurva juga menggerakkan sejauh dy secara vertikal, dan potongan itu sendiri adalah sisi miring dari segitiga siku-siku kecil tersebut:
Kemiringan dy/dx inilah yang membuat setiap potongan lebih panjang daripada dx saja. Di tempat parabola mendatar, dekat titik puncaknya, dy/dx mendekati nol dan ds hampir sama dengan dx. Di tempat parabola curam, dy/dx besar dan setiap potongan jauh lebih panjang daripada dx. Untuk y = x2 dari 0 sampai 3, kemiringan bertambah dari 0 di titik puncak menjadi 6 di x = 3, dan itulah sebabnya busur (9.747088759) hanya sedikit lebih panjang daripada tali busur (9.4868329805) meskipun kurva menanjak 9 satuan: sebagian besar pendakian terjadi di tempat kurva sudah curam, dan potongan-potongan yang curam menyumbang sebagian besar panjang vertikal yang sudah tercakup oleh tali busur.
Berbeda dengan elips, yang integral panjang busurnya tidak memiliki antiturunan elementer, integral parabola memilikinya: rumus asinh pada bagian rumus. Kalkulator menggunakan antiturunan tepat itu sebagai metode utamanya dan memeriksanya dengan integrasi numerik adaptif, sehingga jawabannya tepat hingga pembulatan floating-point, bukan perkiraan.
Panjang Busur vs Panjang Tali Busur
Panjang busur adalah jarak sepanjang kurva; panjang tali busur adalah jarak garis lurus antara kedua titik ujung. Busur selalu setidaknya sama panjang dengan tali busur, dan sama panjang hanya bila segmennya lurus, yang tidak pernah terjadi pada parabola kecuali untuk busur yang panjangnya nol.
Seberapa jauh busur lebih panjang bergantung pada seberapa besar kurva membengkok di antara titik-titik ujung. Kelima contoh preset menunjukkan seluruh rentangnya:
| Contoh | Panjang busur | Tali busur | Selisih | Busur / tali busur |
|---|---|---|---|---|
| y = 0.5x2, −2 sampai 2 | 5.915771430 | 4 | 47.89% | 1.4789 |
| y = x2, 0 sampai 3 | 9.747088759 | 9.4868329805 | 2.74% | 1.0274 |
| x = 0.25(y − 1)2 + 2, −1 sampai 3 | 4.591174299 | 4 | 14.78% | 1.1478 |
| y = 2x2 − 4x + 1, 0 sampai 2 | 4.646783762 | 2 | 132.34% | 2.3234 |
| y = −0.5x2 + 3, −2 sampai 2 | 5.915771430 | 4 | 47.89% | 1.4789 |
Contoh keempat adalah yang paling mencolok: busurnya lebih dari dua kali tali busur. Titik-titik ujung (0, 1) dan (2, 1) hanya berjarak 2 satuan, tetapi kurva turun ke titik puncak (1, −1) lalu naik kembali, menempuh 4.646783762 satuan untuk sampai ke sana. Setiap kali interval melewati titik puncak, busur membengkok tajam dan selisih terhadap tali busur membesar. Contoh kedua adalah kebalikannya: interval dimulai di titik puncak dan menanjak dengan stabil, sehingga kurva hampir tidak membengkok menjauhi tali busur dan selisihnya di bawah 3%.
Perbandingan inilah alasan kalkulator melaporkan kedua angka berdampingan. Jika Anda memotong bahan, panjang busur adalah panjang yang harus dipotong; tali busur hanyalah jarak yang direntang oleh potongan jadi.
Parabola Vertikal vs Parabola Horizontal
Parabola vertikal membuka ke atas atau ke bawah dan merupakan fungsi x; parabola horizontal membuka ke kiri atau ke kanan dan merupakan fungsi y. Matematikanya identik dengan x dan y ditukar, tetapi penyiapannya mudah keliru, jadi simpan kedua kasus berdampingan.
| Unsur | Parabola vertikal | Parabola horizontal |
|---|---|---|
| Persamaan | y = a(x − h)2 + k | x = a(y − k)2 + h |
| Variabel bebas | x | y |
| Interval | x1 sampai x2 | y1 sampai y2 |
| Turunan | dy/dx = 2a(x − h) | dx/dy = 2a(y − k) |
| Integral panjang busur | L = ∫ √(1 + (dy/dx)2) dx | L = ∫ √(1 + (dx/dy)2) dy |
| Sumbu simetri | x = h (garis vertikal) | y = k (garis horizontal) |
| Arah bukaan | Ke atas jika a > 0, ke bawah jika a < 0 | Ke kanan jika a > 0, ke kiri jika a < 0 |
| Fokus | (h, k + p) | (h + p, k) |
| Direktriks | y = k − p | x = h − p |
Preset horizontal menunjukkan pertukaran ini dalam praktik: x = 0.25(y − 1)2 + 2 dari y = −1 sampai y = 3 memiliki panjang busur 4.591174299 satuan, dengan titik-titik ujung (3, −1) dan (3, 3). Turunannya adalah dx/dy = 0.5(y − 1), yaitu −1 pada y = −1 dan +1 pada y = 3. Jika Anda keliru memasukkan −1 dan 3 sebagai nilai x, kalkulator akan menyelesaikan soal yang berbeda pada kurva yang berbeda, jadi selalu periksa variabel mana yang dimiliki interval Anda.
Pemeriksaan simetri yang berguna: memutar parabola vertikal sebesar 90 derajat menghasilkan parabola horizontal dengan panjang busur yang sama. Parabola vertikal y = 0.25x2 dari x = −1 sampai x = 3 dan parabola horizontal x = 0.25y2 dari y = −1 sampai y = 3 memiliki panjang busur yang persis sama, karena kurva-kurvanya kongruen.
Apa yang Terjadi Saat Koefisien Parabola Berubah?
Koefisien a adalah satu angka yang mengendalikan bentuk parabola. Mengubahnya mengubah lebar, kecuraman, fokus, dan panjang busur pada interval tetap apa pun.
Semakin besar |a|, semakin sempit parabolanya. Dengan a = 1, y = x2 menanjak hingga y = 4 pada x = 2. Dengan a = 0.25, y = 0.25x2 hanya mencapai y = 1 pada x = 2. Kurva yang sempit membengkok lebih keras, sehingga busurnya pada interval yang sama lebih panjang: y = x2 dari 0 sampai 2 memiliki panjang busur 4.646783762 satuan (bentuk yang sama dengan preset keempat, digeser), sedangkan y = 0.25x2 dari 0 sampai 2 memiliki panjang busur 2.2955871494 satuan.
Tanda a membalik arah bukaan. y = 0.5x2 membuka ke atas dari titik puncaknya di (0, 0); y = −0.5x2 + 3 membuka ke bawah dari (0, 3). Membalik tanda mencerminkan kurva, sehingga panjang busur pada interval simetris tidak berubah: keduanya menghasilkan 5.915771430 satuan dari −2 sampai 2. Hanya titik-titik ujung dan kemiringan garis singgung yang berubah tanda.
Mengubah a menggerakkan fokus. Karena p = 1/(4a), menggandakan a membagi dua jarak fokus. Untuk a = 0.25, p = 1 dan fokus berada 1 satuan dari titik puncak; untuk a = 1, p = 0.25 dan fokus hanya seperempat satuan jauhnya. Inilah sebabnya antena yang sempit memfokus dengan tajam dan antena yang lebar memfokus dengan lembut.
Nilai a yang sangat kecil hampir berupa garis lurus. Saat a mendekati 0, parabola merata menuju garis y = k, dan panjang busur mendekati panjang tali busur. Kalkulator menangani a = 0 dalam bentuk umum sebagai kasus batas linear L = |x2 − x1|√(1 + b2), dan menampilkan pesan validasi untuk a = 0 dalam bentuk titik puncak atau fokus, yang sama sekali bukan parabola.
Apakah Parabola Memiliki Keliling?
Tidak. Parabola yang utuh adalah kurva terbuka yang tak terbatas: kurva itu terus berlanjut tanpa henti ke kedua arah dan tidak pernah menutup kembali. Panjang totalnya tak berhingga, jadi tidak ada angka berhingga yang dapat disebut kelilingnya.
Hal ini berbeda dengan lingkaran atau elips, yang merupakan kurva tertutup dengan keliling yang dapat diukur. Hal ini juga berbeda dengan segmen parabola seperti antena satelit atau pelengkung, yang merupakan potongan berhingga dari parabola yang dipotong pada dua titik ujung. Potongan itu memiliki panjang busur yang terdefinisi dengan baik, dan angka itulah yang dikembalikan kalkulator ini.
Perbedaan ini penting dalam praktik. Jika Anda menanyakan panjang sebuah pelengkung parabola, Anda harus menyebutkan di mana pelengkung itu mulai dan berakhir: pelengkung y = −(1/3)x2 yang merentang dari x = −3 sampai x = 3 adalah potongan berhingga dengan panjang berhingga, tetapi parabola yang mendasarinya terus berlanjut melewati kedua ujungnya selamanya. Tanpa titik ujung, pertanyaan itu tidak memiliki jawaban.
Dua kesalahan terkait mengikuti dari melupakan hal ini. Yang pertama adalah meminta kalkulator menghitung panjang seluruh parabola: kalkulator tidak dapat memberikannya, dan alat apa pun yang mengklaim bisa adalah salah. Yang kedua adalah memperlakukan tali busur sebagai keliling sebuah bentuk tertutup: tali busur ditambah busur memang membatasi sebuah daerah, dan daerah itu memiliki keliling (busur ditambah tali busur), tetapi itu adalah keliling daerah segmen, bukan keliling parabola.
Contoh yang Dikerjakan: Busur dari x = -2 sampai x = 2 pada y = 0.5x²
Contoh yang dikerjakan ini menunjukkan setiap langkah perhitungan tepat untuk preset pertama, y = 0.5x2 dari x = −2 sampai x = 2, sehingga Anda dapat memeriksanya dengan tangan.
- Kenali persamaannya. y = 0.5x2, jadi a = 0.5, h = 0, k = 0, dan titik puncaknya adalah (0, 0).
- Cari turunannya. dy/dx = 2ax = x.
- Susun integralnya. L = ∫−22 √(1 + x2) dx.
- Substitusikan u = 2a(x − h) = x. Maka u1 = −2 dan u2 = 2, dan L = |F(2) − F(−2)| / (2 × 0.5) = |F(2) − F(−2)|.
- Evaluasi F(u) = ½[u√(1 + u2) + asinh(u)]. Pada u = 2: √(5) ≈ 2.2360679775, jadi 2√(5) ≈ 4.4721359550, dan asinh(2) ≈ 1.4436354752. Jumlahnya adalah 5.9157714302, dan setengahnya adalah F(2) ≈ 2.9578857151.
- Gunakan simetri. F adalah fungsi ganjil, jadi F(−2) = −2.9578857151. Selisih F(2) − F(−2) = 5.9157714302.
- Bagi dengan 2|a| = 1. L = 5.9157714302 / 1 = 5.9157714302, jadi L ≈ 5.915771430 satuan.
- Periksa terhadap tali busur. Titik-titik ujungnya adalah (−2, 2) dan (2, 2), jadi tali busurnya 4 satuan. Busur melebihinya 1.9157714302 satuan, atau 47.894286%.
Karena simetri, setengah dari busur ini adalah busur dari 0 sampai 2: y = 0.5x2 dari x = 0 sampai x = 2 panjangnya 2.9578857151 satuan, tepat setengah dari 5.9157714302. Pemeriksaan simetri seperti ini adalah cara tercepat untuk menemukan jawaban yang salah: jika kedua bagian busur yang simetris tidak sama, ada yang keliru.
Pasangan yang membuka ke bawah, y = −0.5x2 + 3 dari x = −2 sampai x = 2, memiliki panjang busur yang sama, 5.915771430 satuan, karena mencerminkan kurva tidak mengubah jarak. Titik-titik ujungnya adalah (−2, 1) dan (2, 1), titik puncaknya adalah (0, 3), dan kemiringan garis singgungnya adalah +2 pada x = −2 dan −2 pada x = 2.
Penerapan Praktis Panjang Busur Parabola
Panjang busur parabola adalah angka kerja dalam rekayasa dan desain, bukan sekadar latihan buku teks. Setiap kali kurva parabola dibangun, dipotong, atau diukur, seseorang memerlukan panjangnya.
Pelengkung dan jembatan arsitektural. Pelengkung parabola menyalurkan bebannya secara merata ke tumpuannya, itulah sebabnya bentuk ini muncul pada jembatan dan kubah. Mengetahui panjang busur memberi tahu pembangun berapa banyak batu, baja, atau beton yang dibutuhkan pelengkung. Pelengkung pada diagram, y = −(1/3)x2 dengan bentang 6 m dan tinggi 3 m, adalah potongan berhingga dari sebuah parabola: panjangnya adalah panjang bahan, dan tali busur hanyalah bentang yang dicakupnya.
Reflektor dan antena satelit. Antena parabola memantulkan sinyal yang masuk ke fokusnya, dan reflektor lampu mobil mengirim cahaya dari fokusnya keluar dalam sinar sejajar. Permukaan antena adalah paraboloid, dan profilnya adalah busur parabola: panjang busur menentukan ukuran lembaran yang harus dipotong dan dibentuk.
Desain jalan dan rel kereta api. Kurva vertikal pada jalan, tempat kemiringan berubah, sering kali berbentuk parabola, karena parabola memberikan laju perubahan kemiringan yang halus dan konstan. Panjang busur kurva adalah panjang permukaan jalan yang harus diaspal dan diberi marka.
Gerak proyektil. Bola yang dilempar mengikuti parabola (dengan mengabaikan hambatan udara). Panjang busur lintasan terbangnya adalah jarak sebenarnya yang ditempuh, yang lebih panjang daripada jarak garis lurus dari peluncuran ke pendaratan, dan penting saat memperkirakan waktu terbang atau energi.
Pemodelan CAD dan manufaktur. Bagian yang melengkung sering kali ditetapkan sebagai segmen parabola. Panjang busur menentukan jalur alat, panjang pemotongan, dan perkiraan biaya: mesin memotong sepanjang busur, bukan sepanjang tali busur.
Pendidikan fisika dan geometri. Parabola adalah kurva pertama yang integral panjang busurnya memiliki jawaban bentuk tertutup yang tepat, sehingga menjadi contoh ajar standar untuk antiturunan asinh dan untuk perbedaan antara integral yang dapat diselesaikan secara tepat dan integral yang tidak dapat, seperti elips.
Hindari mengklaim bahwa setiap struktur melengkung secara matematis berbentuk parabola. Banyak pelengkung berbentuk lingkaran atau katenari; hanya struktur yang dirancang mengikuti persamaan parabola yang memiliki panjang busur parabola.
Kesalahan Umum Saat Menghitung Panjang Busur Parabola
Kesepuluh kesalahan ini menyebabkan sebagian besar jawaban yang salah. Periksa pekerjaan Anda terhadap daftar ini sebelum mempercayai sebuah hasil.
- Menggunakan panjang tali busur sebagai pengganti panjang busur. Garis lurus antara titik-titik ujung selalu lebih pendek. Untuk y = 2x2 − 4x + 1 dari 0 sampai 2, tali busurnya 2 tetapi busurnya 4.646783762, lebih dari dua kali lipat.
- Lupa menurunkan persamaan. Rumus memerlukan (dy/dx)2 di dalam akar kuadrat. Menghilangkannya menghasilkan panjang interval |x2 − x1|, yaitu jarak horizontal, bukan busur.
- Menggunakan batas integrasi yang salah. Batas-batasnya adalah variabel bebas: nilai x untuk parabola vertikal, nilai y untuk parabola horizontal. Menukarnya berarti mengintegralkan terhadap variabel yang salah.
- Mencampuradukkan bentuk titik puncak dengan bentuk umum. Pada y = 2x2 − 4x + 1, titik puncaknya adalah (1, −1), bukan (0, 1). Konstanta c = 1 adalah perpotongan dengan sumbu y.
- Menggunakan persamaan horizontal sebagai persamaan vertikal. x = 0.25(y − 1)2 + 2 adalah fungsi y. Memperlakukan −1 dan 3 sebagai nilai x menyelesaikan soal yang berbeda.
- Mengabaikan koefisien negatif. Nilai a yang negatif membalik arah bukaan dan mengubah titik-titik ujung, fokus, dan kemiringan garis singgung, meskipun panjang busur pada interval simetris tetap sama.
- Mencampuradukkan koordinat penuh dengan koordinat relatif terhadap titik puncak. Pada y = a(x − h)2 + k, interval dinyatakan dalam x mutlak, bukan dalam (x − h). Memasukkan batas (x − h) ke dalam integral menghitung pergeseran dua kali.
- Menggunakan parameter fokus yang salah. p = 1/(4a), bukan 1/a atau 4a. Untuk a = 2, p = 1/8 = 0.125, dan fokus y = 2x2 − 4x + 1 adalah (1, −0.875), bukan (1, −0.5).
- Menganggap parabola memiliki keliling penuh yang berhingga. Tidak: kurvanya tak terbatas dan panjang totalnya tak berhingga. Hanya busur berhingga yang memiliki panjang berhingga.
- Membulatkan nilai antara terlalu dini. Bulatkan hanya jawaban akhir. Dalam contoh yang dikerjakan, membulatkan √(5) menjadi 2.24 sebelum selesai menggeser hasil akhir pada tempat desimal keempat.
Referensi Cepat: Konfigurasi Parabola Umum
Nilai-nilai terverifikasi ini berguna untuk memeriksa perhitungan Anda sendiri atau untuk perkiraan cepat sebelum menjalankan kalkulator.
| Konfigurasi | Interval | Panjang busur | Tali busur |
|---|---|---|---|
| y = x2 | x = 0 sampai 1 | 1.4789428575 | 1.4142135624 |
| y = 0.5x2 | x = 0 sampai 2 | 2.9578857151 | 2.8284271247 |
| y = 0.5x2 | x = −2 sampai 2 | 5.915771430 | 4 |
| y = x2 | x = 0 sampai 3 | 9.747088759 | 9.4868329805 |
| y = 2x2 − 4x + 1 | x = 0 sampai 2 | 4.646783762 | 2 |
| x = 0.25(y − 1)2 + 2 | y = −1 sampai 3 | 4.591174299 | 4 |
| y = −0.5x2 + 3 | x = −2 sampai 2 | 5.915771430 | 4 |
Dua pola patut diingat. Pertama, y = x2 dari 0 sampai 1 menghasilkan 1.4789428575, angka yang sama dengan rasio busur terhadap tali busur pada busur simetris y = 0.5x2: kebetulan angka, bukan aturan umum. Kedua, tali busur untuk y = 0.5x2 dari 0 sampai 2 adalah 2.8284271247, yaitu 2√(2): titik-titik ujung (0, 0) dan (2, 2) berjarak 2 satuan baik dalam x maupun y.
Referensi Rumus Panjang Busur Parabola
Simpan kartu referensi ini. Semua sudut dinyatakan dalam radian jika sudut muncul; rumus parabola menggunakan koordinat secara langsung, jadi tidak diperlukan konversi sudut.
Konversi titik puncak bentuk umum dan parameter fokus adalah dua rumus yang paling sering dicari, jadi keduanya dicantumkan terpisah. Kalkulator menerapkan semuanya secara otomatis; kartu ini untuk memeriksa pekerjaannya dengan tangan.
FAQ Panjang Busur Parabola
Bagaimana cara menghitung panjang busur parabola? +
Masukkan persamaan parabola serta koordinat awal dan akhir, lalu evaluasi L = ∫ √(1 + (dy/dx)<sup>2</sup>) dx di antara keduanya. Untuk y = x<sup>2</sup> dari x = 0 sampai x = 3, turunannya adalah 2x, integralnya adalah ∫<sub>0</sub><sup>3</sup> √(1 + 4x<sup>2</sup>) dx, dan hasilnya adalah 9.747088759 satuan. Kalkulator di halaman ini melakukan perhitungan yang sama untuk kelima bentuk persamaan.
Apa rumus panjang busur parabola? +
Rumus umumnya adalah L = ∫<sub>x<sub>1</sub></sub><sup>x<sub>2</sub></sup> √(1 + (dy/dx)<sup>2</sup>) dx. Untuk parabola vertikal y = a(x − h)<sup>2</sup> + k, rumus ini memiliki bentuk tertutup yang tepat: dengan u = 2a(x − h) dan F(u) = ½[u√(1 + u<sup>2</sup>) + asinh(u)], panjangnya adalah L = |F(u<sub>2</sub>) − F(u<sub>1</sub>)| / (2|a|). Untuk parabola horizontal, tukar x dan y dan gunakan dx/dy sebagai pengganti dy/dx.
Dapatkah panjang busur parabola dihitung secara tepat? +
Ya. Berbeda dengan elips, yang integral panjang busurnya tidak memiliki antiturunan elementer, integral parabola dievaluasi secara tepat melalui sinus hiperbolik invers, asinh. Kalkulator menggunakan bentuk tertutup tepat itu dan memeriksanya silang dengan integrasi numerik adaptif. Satu-satunya kesalahan adalah pembulatan floating-point, jauh di bawah presisi yang ditampilkan.
Mengapa integrasi digunakan untuk menghitung panjang busur? +
Karena kemiringan parabola berubah di setiap titik, sehingga tidak ada satu perkalian pun yang dapat memberikan panjangnya. Integrasi memotong kurva menjadi potongan-potongan kecil dengan panjang ds = √(dx<sup>2</sup> + dy<sup>2</sup>) lalu menjumlahkannya. Setiap potongan hampir lurus, dan jumlah semua potongan adalah panjang busur.
Apa perbedaan panjang busur dan panjang tali busur? +
Panjang busur adalah jarak sepanjang kurva; panjang tali busur adalah jarak garis lurus antara titik-titik ujung. Busur selalu setidaknya sama panjang dengan tali busur. Untuk y = 0.5x<sup>2</sup> dari −2 sampai 2, busurnya 5.915771430 satuan dan tali busurnya 4 satuan, jadi busur 47.89% lebih panjang. Untuk y = 2x<sup>2</sup> − 4x + 1 dari 0 sampai 2, busurnya 4.646783762 dan tali busurnya hanya 2, jadi busur 132.34% lebih panjang.
Dapatkah saya menghitung panjang busur antara dua titik mana pun? +
Ya, selama kedua titik terletak pada parabola yang sama dan Anda memberikan koordinatnya dalam variabel bebas: nilai x untuk parabola vertikal, nilai y untuk parabola horizontal. Kalkulator menemukan koordinat lengkap kedua titik ujung dari persamaan, jadi Anda hanya memasukkan interval. Jika kedua koordinat sama, panjang busurnya nol.
Dapatkah kalkulator ini menangani parabola horizontal? +
Ya. Pilih bentuk titik puncak horizontal x = a(y − k)<sup>2</sup> + h, bentuk umum horizontal x = ay<sup>2</sup> + by + c, atau bentuk fokus horizontal, lalu masukkan interval y. Sebagai contoh, x = 0.25(y − 1)<sup>2</sup> + 2 dari y = −1 sampai y = 3 menghasilkan 4.591174299 satuan, dengan titik-titik ujung (3, −1) dan (3, 3). Turunan diberi label dx/dy untuk parabola horizontal, bukan dy/dx.
Apa perbedaan bentuk titik puncak dan bentuk standar? +
Bentuk titik puncak y = a(x − h)<sup>2</sup> + k menunjukkan titik puncak (h, k) secara langsung. Bentuk umum y = ax<sup>2</sup> + bx + c menyembunyikan titik puncak, yang berada di h = −b/(2a) dan k = c − b<sup>2</sup>/(4a). Bentuk fokus standar (x − h)<sup>2</sup> = 4p(y − k) menunjukkan parameter fokus p, dengan a = 1/(4p). Ketiganya menggambarkan kurva yang sama; kalkulator mengubah di antara ketiganya secara otomatis.
Bagaimana koefisien a memengaruhi parabola? +
Besar |a| mengendalikan lebar: |a| yang lebih besar membuat parabola yang lebih sempit dan lebih curam, serta busur yang lebih panjang pada interval yang sama. Tanda mengendalikan arah bukaan: a > 0 membuka ke atas (atau ke kanan untuk parabola horizontal) dan a < 0 membuka ke bawah (atau ke kiri). Jarak fokus p = 1/(4a) menyusut saat |a| bertambah, sehingga parabola yang sempit memfokus dengan tajam.
Apa itu titik puncak, fokus, dan direktriks? +
Titik puncak adalah titik balik parabola, (h, k) dalam bentuk titik puncak. Fokus adalah titik tetap pada sumbu simetri pada jarak p = 1/(4a) dari titik puncak; untuk y = 0.5x<sup>2</sup>, fokusnya adalah (0, 0.5). Direktriks adalah garis tetap di sisi titik puncak yang berlawanan, y = k − p untuk parabola vertikal; untuk y = 0.5x<sup>2</sup>, direktriksnya adalah y = −0.5. Setiap titik pada parabola berjarak sama dari fokus dan direktriks.
Apakah parabola yang utuh memiliki keliling berhingga? +
Tidak. Parabola adalah kurva terbuka yang tak terbatas dan terus berlanjut tanpa henti ke kedua arah, sehingga panjang totalnya tak berhingga. Hanya busur berhingga di antara dua koordinat berhingga yang panjangnya dapat dihitung. Kalkulator ini hanya melaporkan busur berhingga yang dipilih dan tidak pernah melaporkan keliling penuh.
Dapatkah parabola yang membuka ke bawah memiliki panjang busur? +
Ya. Panjang busur bergantung pada jarak, bukan pada arah, jadi membalik parabola tidak mengubah apa pun tentang panjangnya. y = −0.5x<sup>2</sup> + 3 dari x = −2 sampai x = 2 memiliki panjang busur 5.915771430 satuan, persis sama dengan parabola yang membuka ke atas y = 0.5x<sup>2</sup> pada interval yang sama. Hanya titik-titik ujung, titik puncak, dan kemiringan garis singgung yang berbeda.
Apa itu fungsi sinus hiperbolik invers? +
Sinus hiperbolik invers, asinh(u), adalah invers dari sinh(u) = (e<sup>u</sup> − e<sup>−u</sup>)/2. Fungsi ini dapat dihitung sebagai asinh(u) = ln(u + √(u<sup>2</sup> + 1)). Fungsi ini muncul dalam antiturunan panjang busur parabola F(u) = ½[u√(1 + u<sup>2</sup>) + asinh(u)]. Sebagai contoh, asinh(2) ≈ 1.4436354752 dan asinh(6) ≈ 2.4917798526.
Apakah panjang busur selalu lebih panjang daripada jarak garis lurus? +
Ya, kecuali ketika kedua titik ujung berimpit, dalam hal itu keduanya nol. Kurva di antara dua titik selalu setidaknya sama panjang dengan garis lurus yang menghubungkannya, dan pada parabola kurva selalu membengkok menjauhi tali busur, sehingga busur selalu lebih panjang. Selisihnya bisa kecil, di bawah 3% untuk y = x<sup>2</sup> dari 0 sampai 3, atau besar, di atas 132% untuk y = 2x<sup>2</sup> − 4x + 1 dari 0 sampai 2.