Kalkulator Panjang Arka Parabola

Ukur sebarang arka parabola daripada persamaan dan selangnya, langkah demi langkah.

Formula Panjang Arka Parabola
L=∫x1x21+(dydx)2 dxL = \int_{x_1}^{x_2} \sqrt{1 + \left(\frac{dy}{dx}\right)^{2}}\,dx
Paparan graf
Pandangan graf

Cara Menggunakan Kalkulator Panjang Arka Parabola

Kalkulator Panjang Arka Parabola mengukur panjang segmen melengkung parabola daripada persamaannya dan dua koordinat. Halaman dibuka dengan panel Panjang Arka Parabola yang aktif, menunjukkan formula L = ∫x1x2 √(1 + (dy/dx)2) dx. Ikuti langkah-langkah ini untuk mendapat jawapan yang betul dalam masa kurang seminit.

  1. Pilih bentuk persamaan. Pilih bentuk bucu menegak, bentuk am menegak, bentuk bucu mengufuk, bentuk am mengufuk, atau bentuk fokus piawai. Medan input berubah mengikut bentuk yang anda pilih.
  2. 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 bucu (h, k).
  3. Masukkan selang. Berikan koordinat mula dan tamat: nilai x untuk parabola menegak, nilai y untuk parabola mengufuk. Kalkulator mencari kedua-dua titik hujung pada lengkung untuk anda.
  4. Pilih unit dan ketepatan. Unit melabelkan jawapan; ketepatan menetapkan bilangan tempat perpuluhan yang ditunjukkan hasil. Unit terdiri daripada milimeter hingga ela.
  5. Klik Kira Sekarang. Kalkulator menilai formula panjang arka yang tepat dan menunjukkan panjang arka, panjang perentas, berapa banyak arka melebihi perentas, titik-titik hujung, kecerunan tangen, serta bucu, fokus, dan direktriks.
  6. Terokai graf. Graf interaktif melukis parabola, menyerlahkan arka yang dipilih dalam warna emas, dan menandakan bucu, fokus, titik-titik hujung, dan perentas. Gunakan togol untuk menunjukkan atau menyembunyikan unsur, dan zum atau seret untuk memeriksa lengkung.
  7. Salin atau tetapkan semula. Gunakan Salin Keputusan untuk meletakkan jawapan pada papan klip anda, atau Tetapkan Semula untuk mengosongkan panel. Butang Tukar Mula dan Tamat menukar kedua-dua nilai selang dalam satu klik.

Cuba contoh. Butang pratetap memuatkan nilai yang disahkan serta-merta: y = 0.5x2 dari x = −2 hingga x = 2 memberikan 5.915771430 unit, y = x2 dari x = 0 hingga x = 3 memberikan 9.747088759 unit, dan parabola mengufuk x = 0.25(y − 1)2 + 2 dari y = −1 hingga y = 3 memberikan 4.591174299 unit.

Petua penting. Kekalkan semua nilai dalam unit yang sama. Parabola menegak memerlukan selang x; parabola mengufuk memerlukan selang y. Jika koordinat mula dan tamat adalah sama, panjang arka ialah sifar. Parabola tiada perimeter lengkap yang terhingga, jadi kalkulator hanya melaporkan arka terhingga yang dipilih.

Apakah Panjang Arka Parabola?

Parabola ialah set titik yang sama jaraknya dari satu titik tetap, iaitu fokus, dan satu garis tetap, iaitu direktriks. Ia ialah lengkung yang anda dapat apabila anda membaling bola, apabila piring satelit mengumpul isyarat, atau apabila gerbang menanggung beban. Arka ialah sebahagian daripada lengkung itu antara dua titik padanya. Panjang arka ialah jarak yang anda lalui jika anda berjalan sepanjang lengkung dari titik pertama ke titik kedua.

Setiap parabola boleh ditulis sebagai fungsi satu pemboleh ubah. Parabola menegak ialah y = a(x − h)2 + k, di mana (h, k) ialah bucu dan a mengawal lebar dan arah bukaan. Parabola mengufuk ialah x = a(y − k)2 + h. Kedua-dua titik hujung arka didapati dengan memasukkan nilai selang ke dalam persamaan: untuk y = 0.5x2 dari x = −2 hingga x = 2, titik-titik hujungnya ialah (−2, 2) dan (2, 2).

Parabola y equals 0.5 x squared with vertex, focus, directrix, axis of symmetry, and parameter p labelled

Jarak melengkung berbeza daripada jarak garis lurus. Garis lurus antara (−2, 2) dan (2, 2) ialah 4 unit panjang, tetapi parabola itu menurun ke bucunya di (0, 0) dan naik semula, jadi arkanya lebih panjang: 5.915771430 unit, kira-kira 47.9% lebih panjang daripada perentas. Lebihan panjang itulah sebabnya panjang arka memerlukan pengiraannya sendiri.

Parabola yang lengkap mempunyai panjang tak terhingga, kerana lengkung itu berterusan selama-lamanya ke kedua-dua arah dan tidak pernah tertutup. Hanya arka terhingga antara dua koordinat terhingga mempunyai panjang yang boleh dikira, dan itulah yang diukur oleh kalkulator ini.

Formula Panjang Arka Parabola

Panjang arka fungsi y = f(x) antara x1 dan x2 diberikan oleh kamiran tentu:

L = ∫x1x2 √(1 + (dy/dx)2) dx

Setiap simbol dalam formula mempunyai makna yang tepat:

Simbol Makna Nota
LPanjang arkaJarak melengkung sepanjang parabola
x1, x2Titik hujung selangNilai x mula dan tamat untuk parabola menegak
dy/dxTerbitanKecerunan tangen pada setiap titik
dxLebar kebezaanLangkah infinitesimal sepanjang paksi x
dsPanjang arka kebezaands = √(1 + (dy/dx)2) dx

Untuk parabola menegak y = a(x − h)2 + k, terbitannya ialah dy/dx = 2a(x − h), jadi kamiran menjadi:

L = ∫x1x2 √(1 + 4a2(x − h)2) dx

Kamiran ini mempunyai jawapan tepat dalam bentuk tertutup, yang jarang berlaku bagi masalah panjang arka. Dengan u = 2a(x − h) dan F(u) = ½[u√(1 + u2) + asinh(u)], panjangnya ialah L = |F(u2) − F(u1)| / (2|a|), di mana asinh ialah sinus hiperbolik songsang. Kalkulator menggunakan formula tepat ini, kemudian menyemaknya dengan pengamiran berangka.

Untuk parabola mengufuk x = a(y − k)2 + h, formula yang sama digunakan dengan peranan x dan y ditukar: kamirkan terhadap y, dan gunakan dx/dy = 2a(y − k) sebagai ganti dy/dx.

Cara Mengira Panjang Arka Parabola

Mengira panjang arka parabola dengan tangan mengikut lapan langkah. Contoh kerja di bawah menggunakan y = x2 dari x = 0 hingga x = 3.

  1. Kenal pasti persamaan parabola. y = x2, jadi a = 1, h = 0, k = 0.
  2. Kenal pasti orientasi. Persamaan memberikan y sebagai fungsi x, jadi ia ialah parabola menegak dan selangnya dalam x.
  3. Cari terbitan. dy/dx = 2x.
  4. Kenal pasti selang. x1 = 0 dan x2 = 3.
  5. Gantikan ke dalam formula panjang arka. L = ∫03 √(1 + (2x)2) dx = ∫03 √(1 + 4x2) dx.
  6. Gunakan antiterbitan. Dengan u = 2x, F(u) = ½[u√(1 + u2) + asinh(u)], dan L = |F(6) − F(0)| / 2.
  7. Nilai had-hadnya. F(0) = 0. F(6) = ½[6√(37) + asinh(6)] = ½[36.4965751818 + 2.4917798526] = 19.4941775172. Jadi L = 19.4941775172 / 2 = 9.7470887586.
  8. Tafsir jawapan akhir. L ≈ 9.747088759 unit. Titik-titik hujungnya ialah (0, 0) dan (3, 9), dan perentas antara keduanya ialah 9.4868329805 unit, jadi arka melebihi perentas hanya sebanyak 0.2602557781 unit, kira-kira 2.7%.

Lapan langkah yang sama berfungsi untuk setiap bentuk. Kuadratik am y = ax2 + bx + c mempunyai terbitan 2ax + b, jadi tetapkan u = 2ax + b dan gunakan F(u) yang sama. Persamaan bentuk fokus (x − h)2 = 4p(y − k) ditukar kepada bentuk bucu dengan a = 1/(4p) dahulu. Parabola mengufuk menukar x dan y sepanjang jalan.

Bentuk Persamaan Parabola Diterangkan

Parabola yang sama boleh ditulis dalam beberapa bentuk, dan setiap bentuk sesuai untuk tugas yang berbeza. Kalkulator menerima kesemua lima bentuk, jadi anda boleh memasukkan persamaan tepat seperti yang diberikan oleh buku teks atau ukuran anda.

Bentuk Persamaan Paling sesuai untuk
Bentuk bucu menegaky = a(x − h)2 + kMembaca bucu (h, k) dan arah bukaan sepintas lalu
Bentuk am menegaky = ax2 + bx + cPersamaan seperti yang diperoleh daripada pemadanan data atau masalah algebra
Bentuk bucu mengufukx = a(y − k)2 + hParabola menyisi, seperti piring dilihat dari sisi
Bentuk am mengufukx = ay2 + by + cParabola menyisi dalam bentuk terkembang
Bentuk fokus piawai(x − h)2 = 4p(y − k)Reka bentuk optik dan pemantul, di mana fokus paling penting

Bentuk-bentuk itu bertukar antara satu sama lain dengan melengkapkan kuasa dua. Untuk y = 2x2 − 4x + 1, faktorkan a = 2: y = 2(x2 − 2x) + 1 = 2(x − 1)2 − 1, jadi bucunya ialah (1, −1). Secara am, bucu y = ax2 + bx + c berada di h = −b/(2a) dan k = c − b2/(4a). Parameter fokus ialah p = 1/(4a), jadi bentuk fokus diperoleh secara langsung: (x − 1)2 = 4 × (1/8)(y + 1), kerana p = 1/8 untuk a = 2.

Satu perangkap penukaran yang perlu dielakkan: bucu (h, k) dalam bentuk bucu bukanlah pasangan nombor yang sama dengan pemalar dalam bentuk am. Dalam y = 2x2 − 4x + 1, pemalar c = 1 ialah pintasan-y, manakala bucu terletak pada y = −1. Mencampurkan kedua-duanya memberikan parabola yang berbeza dan panjang arka yang salah.

Memahami Bucu, Fokus dan Direktriks

Tiga ciri mentakrifkan parabola sepenuhnya: bucu, fokus, dan direktriks.

Bucu ialah titik pusingan lengkung, di mana ia bertukar arah. Untuk y = a(x − h)2 + k ia ialah titik (h, k). Untuk y = 0.5x2 bucunya ialah (0, 0); untuk y = 2x2 − 4x + 1 ia ialah (1, −1).

Fokus ialah titik tetap yang, bersama-sama dengan direktriks, mentakrifkan lengkung. Setiap titik pada parabola adalah tepat sama jauh dari fokus seperti dari direktriks. Untuk parabola menegak, fokus terletak pada paksi simetri pada jarak p dari bucu, di mana p = 1/(4a). Untuk y = 0.5x2, p = 0.5, jadi fokusnya ialah (0, 0.5).

Direktriks ialah garis tetap di sisi bertentangan bucu daripada fokus. Untuk parabola menegak ia ialah garis mengufuk y = k − p. Untuk y = 0.5x2 ia ialah y = −0.5. Untuk parabola mengufuk direktriksnya menegak: x = h − p.

Paksi simetri ialah garis melalui bucu dan fokus. Parabola menegak adalah simetri tentang garis menegak x = h; parabola mengufuk tentang garis mengufuk y = k. Tanda a menentukan arah bukaan: a > 0 membuka ke atas (atau ke kanan bagi parabola mengufuk), a < 0 membuka ke bawah (atau ke kiri).

Parabola y equals 0.5 x squared with vertex, focus, directrix, axis of symmetry, and parameter p labelled

Berikut ialah ciri-ciri lima contoh pratetap, semuanya dikira oleh kalkulator:

Contoh Bucu 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 bahawa parabola yang lebih sempit mempunyai fokus yang lebih dekat dengan bucu: y = x2 mempunyai p = 0.25, manakala y = 0.5x2 yang lebih lebar mempunyai p = 0.5. Lengkung yang lebar dan lembut memerlukan fokus yang jauh; lengkung yang ketat memerlukan fokus yang dekat.

Mengapa Panjang Arka Parabola Memerlukan Pengamiran?

Garis lurus mempunyai satu kecerunan, jadi panjangnya ialah satu pendaraban. Parabola berubah kecerunan pada setiap titik, jadi tiada satu pendaraban dapat memberikan panjangnya. Satu-satunya cara yang jujur untuk mengukurnya ialah memotong lengkung kepada kepingan kecil, mengukur setiap kepingan seolah-olah ia lurus, dan menjumlahkannya. Penjumlahan itu ialah pengamiran.

Lihat satu kepingan kecil. Bergerak sejauh dx yang kecil secara mengufuk sepanjang lengkung turut menggerakkan jarak menegak dy yang kecil, dan kepingan itu sendiri ialah hipotenus segi tiga tepat kecil itu:

ds = √(dx2 + dy2) = √(1 + (dy/dx)2) dx
A tiny segment ds on a parabola, with dx, dy, and the tangent direction shown

Kecerunan dy/dx inilah yang menjadikan setiap kepingan lebih panjang daripada dx semata-mata. Di mana parabola itu rata, berhampiran bucunya, dy/dx hampir sifar dan ds hampir tidak lebih panjang daripada dx. Di mana parabola itu curam, dy/dx adalah besar dan setiap kepingan jauh lebih panjang daripada dx. Untuk y = x2 dari 0 hingga 3, kecerunan bertambah dari 0 di bucu hingga 6 pada x = 3, yang menjelaskan mengapa arka (9.747088759) hanya sedikit lebih panjang daripada perentas (9.4868329805) walaupun lengkung itu naik 9 unit: kebanyakan kenaikan berlaku di mana lengkung itu sudah curam, dan kepingan curam menyumbang kebanyakannya panjang menegak yang sudah diliputi oleh perentas.

Berbeza dengan elips, yang kamiran panjang arkanya tiada antiterbitan asas, kamiran parabola ada: formula asinh dalam bahagian formula. Kalkulator menggunakan antiterbitan tepat itu sebagai kaedah utamanya dan menyemaknya terhadap pengamiran berangka adaptif, jadi jawapannya tepat sehingga pembundaran titik terapung, bukan anggaran.

Panjang Arka lawan Panjang Perentas

Panjang arka ialah jarak sepanjang lengkung; panjang perentas ialah jarak garis lurus antara kedua-dua titik hujung. Arka sentiasa sekurang-kurangnya sama panjang dengan perentas, dan ia sama dengan perentas hanya apabila segmen itu lurus, yang tidak pernah berlaku pada parabola kecuali bagi arka sifar panjang.

Parabola y equals 0.5 x squared from x equals minus 2 to 2, with the curved arc and the straight chord labelled

Berapa banyak arka lebih panjang bergantung pada berapa banyak lengkung membengkok antara titik-titik hujung. Lima contoh pratetap menunjukkan julat penuh:

Contoh Panjang arka Perentas Lebihan Arka / perentas
y = 0.5x2, −2 hingga 25.915771430447.89%1.4789
y = x2, 0 hingga 39.7470887599.48683298052.74%1.0274
x = 0.25(y − 1)2 + 2, −1 hingga 34.591174299414.78%1.1478
y = 2x2 − 4x + 1, 0 hingga 24.6467837622132.34%2.3234
y = −0.5x2 + 3, −2 hingga 25.915771430447.89%1.4789

Contoh keempat ialah yang paling menarik: arkanya lebih daripada dua kali ganda perentas. Titik-titik hujung (0, 1) dan (2, 1) hanya 2 unit berjauhan, tetapi lengkung itu menjunam ke bucu (1, −1) dan naik semula, menempuh 4.646783762 unit untuk sampai ke sana. Setiap kali selang melalui bucu, arka membengkok dengan tajam dan lebihan ke atas perentas bertambah. Contoh kedua ialah sebaliknya: selang bermula di bucu dan naik dengan stabil, jadi lengkung itu hampir tidak membengkok jauh dari perentas dan lebihannya kurang daripada 3%.

Perbandingan inilah sebabnya kalkulator melaporkan kedua-dua nombor bersebelahan. Jika anda memotong bahan, panjang arka ialah panjang yang perlu dipotong; perentas hanyalah jurang yang direntangi oleh kepingan siap.

Parabola Menegak lawan Parabola Mengufuk

Parabola menegak membuka ke atas atau ke bawah dan merupakan fungsi x; parabola mengufuk membuka ke kiri atau ke kanan dan merupakan fungsi y. Matematiknya adalah sama dengan x dan y ditukar, tetapi persediaannya mudah tersilap, jadi simpan kedua-dua kes bersebelahan.

A vertical parabola y equals x squared beside a horizontal parabola x equals y squared
Ciri Parabola menegak Parabola mengufuk
Persamaany = a(x − h)2 + kx = a(y − k)2 + h
Pemboleh ubah bebasxy
Selangx1 hingga x2y1 hingga y2
Terbitandy/dx = 2a(x − h)dx/dy = 2a(y − k)
Kamiran panjang arkaL = ∫ √(1 + (dy/dx)2) dxL = ∫ √(1 + (dx/dy)2) dy
Paksi simetrix = h (garis menegak)y = k (garis mengufuk)
MembukaKe atas jika a > 0, ke bawah jika a < 0Ke kanan jika a > 0, ke kiri jika a < 0
Fokus(h, k + p)(h + p, k)
Direktriksy = k − px = h − p

Pratetap mengufuk menunjukkan pertukaran itu dalam tindakan: x = 0.25(y − 1)2 + 2 dari y = −1 hingga y = 3 mempunyai panjang arka 4.591174299 unit, dengan titik-titik hujung (3, −1) dan (3, 3). Terbitannya ialah dx/dy = 0.5(y − 1), iaitu −1 pada y = −1 dan +1 pada y = 3. Jika anda tersilap memasukkan −1 dan 3 sebagai nilai x, kalkulator akan menyelesaikan masalah yang berbeza pada lengkung yang berbeza, jadi sentiasa semak pemboleh ubah yang dipunyai oleh selang anda.

Satu semakan simetri yang berguna: memutarkan parabola menegak sebanyak 90 darjah memberikan parabola mengufuk dengan panjang arka yang sama. Parabola menegak y = 0.25x2 dari x = −1 hingga x = 3 dan parabola mengufuk x = 0.25y2 dari y = −1 hingga y = 3 mempunyai panjang arka yang tepat sama, kerana lengkung-lengkung itu adalah kongruen.

Apakah yang Berlaku Apabila Pekali Parabola Berubah?

Pekali a ialah satu nombor yang mengawal bentuk parabola. Mengubahnya mengubah lebar, kecuraman, fokus, dan panjang arka merentas sebarang selang tetap.

Three parabolas with the same vertex but different coefficients: a equals 1, 0.5, and 0.25

|a| yang lebih besar bermakna parabola yang lebih sempit. Dengan a = 1, y = x2 naik ke y = 4 pada x = 2. Dengan a = 0.25, y = 0.25x2 hanya mencapai y = 1 pada x = 2. Lengkung yang sempit membengkok lebih kuat, jadi arkanya merentas selang yang sama adalah lebih panjang: y = x2 dari 0 hingga 2 mempunyai panjang arka 4.646783762 unit (bentuk yang sama seperti pratetap keempat, dialihkan), manakala y = 0.25x2 dari 0 hingga 2 mempunyai panjang arka 2.2955871494 unit.

Tanda a membalikkan arah bukaan. y = 0.5x2 membuka ke atas dari bucunya di (0, 0); y = −0.5x2 + 3 membuka ke bawah dari (0, 3). Membalikkan tanda mencerminkan lengkung, jadi panjang arka merentas selang simetri tidak berubah: kedua-duanya memberikan 5.915771430 unit dari −2 hingga 2. Hanya titik-titik hujung dan kecerunan tangen bertukar tanda.

Four parabolas: upward, downward, right-opening, and left-opening

Mengubah a menggerakkan fokus. Oleh kerana p = 1/(4a), menggandakan a mengurangkan jarak fokus kepada separuh. Untuk a = 0.25, p = 1 dan fokus terletak 1 unit dari bucu; untuk a = 1, p = 0.25 dan fokus hanya suku unit jauhnya. Inilah sebabnya piring yang sempit memfokus dengan tajam dan piring yang lebar memfokus dengan lembut.

a yang sangat kecil hampir menjadi garis lurus. Apabila a menghampiri 0, parabola merata ke arah garis y = k, dan panjang arka menghampiri panjang perentas. Kalkulator mengendalikan a = 0 dalam bentuk am sebagai kes had linear L = |x2 − x1|√(1 + b2), dan ia menunjukkan mesej pengesahan untuk a = 0 dalam bentuk bucu atau fokus, di mana pekali sifar bukanlah parabola sama sekali.

Adakah Parabola Mempunyai Perimeter?

Tidak. Parabola yang lengkap ialah lengkung terbuka dan tak terbatas: ia berterusan selama-lamanya ke kedua-dua arah dan tidak pernah tertutup kembali pada dirinya sendiri. Jumlah panjangnya ialah tak terhingga, jadi tiada nombor terhingga yang boleh dipanggil perimeternya.

Ini berbeza daripada bulatan atau elips, yang merupakan lengkung tertutup dengan perimeter yang boleh diukur. Ia juga berbeza daripada segmen parabola seperti piring satelit atau gerbang, yang merupakan kepingan terhingga parabola yang dipotong pada dua titik hujung. Kepingan itu mempunyai panjang arka yang ditakrifkan dengan sempurna, dan itulah nombor yang dikembalikan oleh kalkulator ini.

Perbezaan ini penting dalam amalan. Jika anda meminta panjang gerbang parabola, anda mesti menyatakan di mana gerbang bermula dan berakhir: gerbang y = −(1/3)x2 yang merentangi x = −3 hingga x = 3 ialah kepingan terhingga dengan panjang terhingga, tetapi parabola asasnya berterusan melepasi kedua-dua hujung selama-lamanya. Tanpa titik hujung, soalan itu tiada jawapan.

A downward parabola forming an arch with a 6 metre span and 3 metre height

Dua kesilapan berkaitan berpunca daripada melupakan perkara ini. Yang pertama ialah meminta kalkulator memberikan panjang seluruh parabola: ia tidak boleh memberikannya, dan mana-mana alat yang mendakwa boleh berbuat demikian adalah salah. Yang kedua ialah menganggap perentas sebagai perimeter bentuk tertutup: perentas ditambah arka memang melingkungi satu kawasan, dan kawasan itu mempunyai perimeter (arka ditambah perentas), tetapi itu ialah perimeter kawasan segmen, bukan parabola.

Contoh Kerja: Arka dari x = -2 hingga x = 2 pada y = 0.5x²

Contoh kerja ini menunjukkan setiap langkah pengiraan tepat bagi pratetap pertama, y = 0.5x2 dari x = −2 hingga x = 2, supaya anda boleh menyemak kalkulator dengan tangan.

  1. Kenal pasti persamaan. y = 0.5x2, jadi a = 0.5, h = 0, k = 0, dan bucunya ialah (0, 0).
  2. Cari terbitan. dy/dx = 2ax = x.
  3. Sediakan kamiran. L = ∫−22 √(1 + x2) dx.
  4. Gantikan u = 2a(x − h) = x. Kemudian u1 = −2 dan u2 = 2, dan L = |F(2) − F(−2)| / (2 × 0.5) = |F(2) − F(−2)|.
  5. Nilai 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 ialah 5.9157714302, dan separuh daripadanya ialah F(2) ≈ 2.9578857151.
  6. Gunakan simetri. F ialah fungsi ganjil, jadi F(−2) = −2.9578857151. Beza F(2) − F(−2) = 5.9157714302.
  7. Bahagikan dengan 2|a| = 1. L = 5.9157714302 / 1 = 5.9157714302, jadi L ≈ 5.915771430 unit.
  8. Semak terhadap perentas. Titik-titik hujungnya ialah (−2, 2) dan (2, 2), jadi perentasnya ialah 4 unit. Arka melebihinya sebanyak 1.9157714302 unit, atau 47.894286%.

Melalui simetri, separuh daripada arka ini ialah arka dari 0 hingga 2: y = 0.5x2 dari x = 0 hingga x = 2 mempunyai panjang 2.9578857151 unit, tepat separuh daripada 5.9157714302. Semakan simetri seperti ini ialah cara terpantas untuk mengesan jawapan yang salah: jika kedua-dua separuh arka simetri tidak sepadan, ada sesuatu yang salah.

Kembar yang membuka ke bawah, y = −0.5x2 + 3 dari x = −2 hingga x = 2, mempunyai panjang arka yang sama, 5.915771430 unit, kerana mencerminkan lengkung tidak mengubah jarak. Titik-titik hujungnya ialah (−2, 1) dan (2, 1), bucunya ialah (0, 3), dan kecerunan tangennya ialah +2 pada x = −2 dan −2 pada x = 2.

Aplikasi Praktikal Panjang Arka Parabola

Panjang arka parabola ialah nombor kerja dalam kejuruteraan dan reka bentuk, bukan sekadar latihan buku teks. Setiap kali lengkung parabola dibina, dipotong, atau diukur, seseorang memerlukan panjangnya.

Gerbang seni bina dan jambatan. Gerbang parabola membawa bebannya secara sekata ke penyokongnya, yang menjelaskan mengapa bentuk itu muncul pada jambatan dan kubah. Mengetahui panjang arka memberitahu pembina berapa banyak batu, keluli, atau konkrit yang diperlukan gerbang itu. Gerbang dalam rajah, y = −(1/3)x2 dengan rentang 6 m dan ketinggian 3 m, ialah kepingan terhingga parabola: panjangnya ialah panjang bahan, dan perentas hanyalah rentang yang diliputinya.

Pemantul dan piring satelit. Piring parabola memantulkan isyarat yang masuk ke fokusnya, dan pemantul lampu kereta menghantar cahaya dari fokusnya keluar dalam sinar selari. Permukaan piring ialah paraboloid, dan profilnya ialah arka parabola: panjang arka menentukan saiz kepingan yang mesti dipotong dan dibentuk.

Reka bentuk jalan raya dan kereta api. Lengkung menegak pada jalan raya, di mana kecerunan berubah, selalunya berbentuk parabola, kerana parabola memberikan kadar perubahan kecerunan yang licin dan malar. Panjang arka lengkung itu ialah panjang permukaan jalan yang perlu diturap dan ditanda.

Gerakan projektil. Bola yang dibaling mengikut parabola (mengabaikan rintangan udara). Panjang arka laluan penerbangannya ialah jarak sebenar yang dilalui, yang lebih panjang daripada jarak garis lurus dari pelancaran ke pendaratan, dan ia penting apabila menganggarkan masa penerbangan atau tenaga.

Pemodelan CAD dan pembuatan. Bahagian melengkung sering dinyatakan sebagai segmen parabola. Panjang arka memacu laluan alat, panjang pemotongan, dan anggaran kos: mesin memotong sepanjang arka, bukan sepanjang perentas.

Pendidikan fizik dan geometri. Parabola ialah lengkung pertama di mana kamiran panjang arka mempunyai jawapan tepat dalam bentuk tertutup, yang menjadikannya contoh pengajaran piawai bagi antiterbitan asinh dan bagi perbezaan antara kamiran yang boleh dilakukan dengan tepat dan kamiran yang, seperti elips, tidak boleh.

Elakkan mendakwa bahawa setiap struktur melengkung adalah parabola dari segi matematik. Banyak gerbang adalah bulatan atau katenari; hanya struktur yang direka mengikut persamaan parabola mempunyai panjang arka parabola.

Kesilapan Biasa Apabila Mengira Panjang Arka Parabola

Sepuluh kesilapan ini menyebabkan kebanyakan jawapan yang salah. Semak kerja anda terhadapnya sebelum mempercayai sesuatu hasil.

  1. Menggunakan panjang perentas sebagai ganti panjang arka. Garis lurus antara titik-titik hujung sentiasa lebih pendek. Untuk y = 2x2 − 4x + 1 dari 0 hingga 2, perentasnya ialah 2 tetapi arkanya ialah 4.646783762, lebih daripada dua kali ganda.
  2. Lupa membezakan persamaan. Formula memerlukan (dy/dx)2 di dalam punca kuasa dua. Meninggalkannya memberikan panjang selang |x2 − x1|, iaitu jarak mengufuk, bukan arka.
  3. Menggunakan had pengamiran yang salah. Had-hadnya ialah pemboleh ubah bebas: nilai x untuk parabola menegak, nilai y untuk parabola mengufuk. Menukarnya mengamir terhadap pemboleh ubah yang salah.
  4. Mengelirukan bentuk bucu dengan bentuk am. Dalam y = 2x2 − 4x + 1, bucunya ialah (1, −1), bukan (0, 1). Pemalar c = 1 ialah pintasan-y.
  5. Menggunakan persamaan mengufuk sebagai persamaan menegak. x = 0.25(y − 1)2 + 2 ialah fungsi y. Menganggap −1 dan 3 sebagai nilai x menyelesaikan masalah yang berbeza.
  6. Mengabaikan pekali negatif. Pekali a yang negatif membalikkan arah bukaan dan mengubah titik-titik hujung, fokus, dan kecerunan tangen, walaupun panjang arka merentas selang simetri kekal sama.
  7. Mengelirukan koordinat penuh dengan koordinat relatif bucu. Dalam y = a(x − h)2 + k, selang adalah dalam x mutlak, bukan dalam (x − h). Menggantikan had (x − h) ke dalam kamiran mengira anjakan itu dua kali.
  8. 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 ialah (1, −0.875), bukan (1, −0.5).
  9. Menganggap parabola mempunyai perimeter lengkap yang terhingga. Ia tidak mempunyai: lengkung itu tidak terbatas dan jumlah panjangnya ialah tak terhingga. Hanya arka terhingga mempunyai panjang terhingga.
  10. Membundarkan nilai perantaraan terlalu awal. Bundarkan hanya jawapan akhir. Dalam contoh kerja, membundarkan √(5) kepada 2.24 sebelum selesai menggeser hasil akhir pada tempat perpuluhan keempat.

Rujukan Pantas: Konfigurasi Parabola Biasa

Nilai-nilai yang disahkan ini berguna untuk menyemak pengiraan anda sendiri atau untuk anggaran pantas sebelum anda menjalankan kalkulator.

Konfigurasi Selang Panjang arka Perentas
y = x2x = 0 hingga 11.47894285751.4142135624
y = 0.5x2x = 0 hingga 22.95788571512.8284271247
y = 0.5x2x = −2 hingga 25.9157714304
y = x2x = 0 hingga 39.7470887599.4868329805
y = 2x2 − 4x + 1x = 0 hingga 24.6467837622
x = 0.25(y − 1)2 + 2y = −1 hingga 34.5911742994
y = −0.5x2 + 3x = −2 hingga 25.9157714304

Dua corak patut diingat. Pertama, y = x2 dari 0 hingga 1 memberikan 1.4789428575, nombor yang sama dengan nisbah arka-ke-perentas arka simetri y = 0.5x2: kebetulan nombor, bukan peraturan am. Kedua, perentas bagi y = 0.5x2 dari 0 hingga 2 ialah 2.8284271247, iaitu 2√(2): titik-titik hujung (0, 0) dan (2, 2) adalah 2 unit berjauhan dalam kedua-dua x dan y.

Rujukan Formula Panjang Arka Parabola

Simpan kad rujukan ini. Semua sudut adalah dalam radian di mana sudut muncul; formula parabola menggunakan koordinat secara langsung, jadi tiada penukaran sudut diperlukan.

Am:   L = ∫x1x2 √(1 + (dy/dx)2) dx
Parabola menegak:   L = |F(u2) − F(u1)| / (2|a|),   u = 2a(x − h)
Parabola mengufuk:   L = |F(v2) − F(v1)| / (2|a|),   v = 2a(y − k)
Antiterbitan:   F(u) = ½[u√(1 + u2) + asinh(u)]
Bucu:   h = −b/(2a),   k = c − b2/(4a)
Parameter fokus:   p = 1/(4a)
Perentas:   √((x2 − x1)2 + (y2 − y1)2)

Penukaran bucu bentuk am dan parameter fokus ialah dua formula yang paling kerap dicari, jadi ia disenaraikan secara berasingan. Kalkulator menggunakan kesemuanya secara automatik; kad ini adalah untuk menyemak kerjanya dengan tangan.

Soalan Lazim Panjang Arka Parabola

Bagaimanakah anda mengira panjang arka parabola? +

Masukkan persamaan parabola dan koordinat mula dan tamat, kemudian nilai L = &int; &radic;(1 + (dy/dx)<sup>2</sup>) dx antara keduanya. Untuk y = x<sup>2</sup> dari x = 0 hingga x = 3, terbitannya ialah 2x, kamirannya ialah &int;<sub>0</sub><sup>3</sup> &radic;(1 + 4x<sup>2</sup>) dx, dan hasilnya ialah 9.747088759 unit. Kalkulator pada halaman ini melakukan pengiraan yang sama untuk mana-mana daripada lima bentuk persamaan.

Apakah formula panjang arka parabola? +

Formula amnya ialah L = &int;<sub>x<sub>1</sub></sub><sup>x<sub>2</sub></sup> &radic;(1 + (dy/dx)<sup>2</sup>) dx. Untuk parabola menegak y = a(x &minus; h)<sup>2</sup> + k ia mempunyai bentuk tertutup yang tepat: dengan u = 2a(x &minus; h) dan F(u) = &frac12;[u&radic;(1 + u<sup>2</sup>) + asinh(u)], panjangnya ialah L = |F(u<sub>2</sub>) &minus; F(u<sub>1</sub>)| / (2|a|). Untuk parabola mengufuk, tukar x dan y dan gunakan dx/dy sebagai ganti dy/dx.

Bolehkah panjang arka parabola dikira dengan tepat? +

Ya. Berbeza dengan elips, yang kamiran panjang arkanya tiada antiterbitan asas, kamiran parabola dinilai dengan tepat melalui sinus hiperbolik songsang, asinh. Kalkulator menggunakan bentuk tertutup tepat itu dan menyemaknya dengan pengamiran berangka adaptif. Satu-satunya ralat ialah pembundaran titik terapung, jauh di bawah ketepatan yang dipaparkan.

Mengapa pengamiran digunakan untuk mengira panjang arka? +

Kerana kecerunan parabola berubah pada setiap titik, jadi tiada satu pendaraban dapat memberikan panjangnya. Pengamiran memotong lengkung kepada kepingan kecil yang panjangnya ds = &radic;(dx<sup>2</sup> + dy<sup>2</sup>) dan menjumlahkannya. Setiap kepingan hampir lurus, dan jumlah semua kepingan ialah panjang arka.

Apakah perbezaan antara panjang arka dan panjang perentas? +

Panjang arka ialah jarak sepanjang lengkung; panjang perentas ialah jarak garis lurus antara titik-titik hujung. Arka sentiasa sekurang-kurangnya sama panjang dengan perentas. Untuk y = 0.5x<sup>2</sup> dari &minus;2 hingga 2, arkanya ialah 5.915771430 unit dan perentasnya ialah 4 unit, jadi arka itu 47.89% lebih panjang. Untuk y = 2x<sup>2</sup> &minus; 4x + 1 dari 0 hingga 2, arkanya ialah 4.646783762 dan perentasnya hanya 2, jadi arka itu 132.34% lebih panjang.

Bolehkah saya mengira panjang arka antara mana-mana dua titik? +

Ya, selagi kedua-dua titik terletak pada parabola yang sama dan anda memberikan koordinatnya dalam pemboleh ubah bebas: nilai x untuk parabola menegak, nilai y untuk parabola mengufuk. Kalkulator mencari koordinat penuh kedua-dua titik hujung daripada persamaan, jadi anda hanya memasukkan selang. Jika kedua-dua koordinat adalah sama, panjang arka ialah sifar.

Bolehkah kalkulator ini mengendalikan parabola mengufuk? +

Ya. Pilih bentuk bucu mengufuk x = a(y &minus; k)<sup>2</sup> + h, bentuk am mengufuk x = ay<sup>2</sup> + by + c, atau bentuk fokus mengufuk, kemudian masukkan selang y. Contohnya, x = 0.25(y &minus; 1)<sup>2</sup> + 2 dari y = &minus;1 hingga y = 3 memberikan 4.591174299 unit, dengan titik-titik hujung (3, &minus;1) dan (3, 3). Terbitan dilabelkan dx/dy untuk parabola mengufuk, bukan dy/dx.

Apakah perbezaan antara bentuk bucu dan bentuk piawai? +

Bentuk bucu y = a(x &minus; h)<sup>2</sup> + k menunjukkan bucu (h, k) secara langsung. Bentuk am y = ax<sup>2</sup> + bx + c menyembunyikan bucu, yang terletak di h = &minus;b/(2a) dan k = c &minus; b<sup>2</sup>/(4a). Bentuk fokus piawai (x &minus; h)<sup>2</sup> = 4p(y &minus; k) menunjukkan parameter fokus p, dengan a = 1/(4p). Ketiga-tiganya menghuraikan lengkung yang sama; kalkulator menukar antara ketiganya secara automatik.

Bagaimanakah pekali a mempengaruhi parabola? +

Magnitud |a| mengawal lebar: |a| yang lebih besar menghasilkan parabola yang lebih sempit dan lebih curam, dan arka yang lebih panjang merentas selang yang sama. Tanda mengawal arah bukaan: a &gt; 0 membuka ke atas (atau ke kanan bagi parabola mengufuk) dan a &lt; 0 membuka ke bawah (atau ke kiri). Jarak fokus p = 1/(4a) mengecil apabila |a| bertambah, jadi parabola yang sempit memfokus dengan tajam.

Apakah bucu, fokus dan direktriks? +

Bucu ialah titik pusingan parabola, (h, k) dalam bentuk bucu. Fokus ialah titik tetap pada paksi simetri pada jarak p = 1/(4a) dari bucu; untuk y = 0.5x<sup>2</sup> ia ialah (0, 0.5). Direktriks ialah garis tetap di sisi bertentangan bucu, y = k &minus; p untuk parabola menegak; untuk y = 0.5x<sup>2</sup> ia ialah y = &minus;0.5. Setiap titik pada parabola adalah sama jaraknya dari fokus dan direktriks.

Adakah parabola yang lengkap mempunyai perimeter terhingga? +

Tidak. Parabola ialah lengkung terbuka dan tak terbatas yang berterusan selama-lamanya ke kedua-dua arah, jadi jumlah panjangnya ialah tak terhingga. Hanya arka terhingga antara dua koordinat terhingga mempunyai panjang yang boleh dikira. Kalkulator ini hanya melaporkan arka terhingga yang dipilih dan tidak sekali-kali melaporkan perimeter lengkap.

Bolehkah parabola yang membuka ke bawah mempunyai panjang arka? +

Ya. Panjang arka bergantung pada jarak, bukan pada arah, jadi membalikkan parabola tidak mengubah apa-apa tentang panjangnya. y = &minus;0.5x<sup>2</sup> + 3 dari x = &minus;2 hingga x = 2 mempunyai panjang arka 5.915771430 unit, tepat sama dengan parabola y = 0.5x<sup>2</sup> yang membuka ke atas merentas selang yang sama. Hanya titik-titik hujung, bucu, dan kecerunan tangen berbeza.

Apakah fungsi sinus hiperbolik songsang? +

Sinus hiperbolik songsang, asinh(u), ialah songsangan sinh(u) = (e<sup>u</sup> &minus; e<sup>&minus;u</sup>)/2. Ia boleh dikira sebagai asinh(u) = ln(u + &radic;(u<sup>2</sup> + 1)). Ia muncul dalam antiterbitan panjang arka parabola F(u) = &frac12;[u&radic;(1 + u<sup>2</sup>) + asinh(u)]. Contohnya, asinh(2) &asymp; 1.4436354752 dan asinh(6) &asymp; 2.4917798526.

Adakah panjang arka sentiasa lebih panjang daripada jarak garis lurus? +

Ya, kecuali apabila kedua-dua titik hujung bertepatan, dalam kes itu kedua-duanya adalah sifar. Lengkung antara dua titik sentiasa sekurang-kurangnya sama panjang dengan garis lurus yang menyambungkannya, dan pada parabola lengkung itu sentiasa membengkok menjauhi perentas, jadi arkanya adalah lebih panjang secara ketat. Lebihannya boleh jadi kecil, kurang daripada 3% untuk y = x<sup>2</sup> dari 0 hingga 3, atau besar, melebihi 132% untuk y = 2x<sup>2</sup> &minus; 4x + 1 dari 0 hingga 2.