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Lunghezza di un arco di curva piana

Senza entrare nei dettagli e limitandoci a considerazioni intuitive e manifestamente non rigorose vogliamo "dimostrare" la formula per calcolare la lunghezza di un arco di curva piana che sia grafico di un funzione reale di variabile reale. Supporremo che la funzione, f(x), sia derivabile con derivata continua in un intervallo [a,b].

lunghezza di un arco di curva

Considerando una suddivisione di [a.b] in intervalli "infinitamente piccoli" dx, potremo ritenere che la lunghezza della curva coincida con quella della spezzata di lati individuati dagli estremi img e img, con i = 0,1, 2, ... , n. La lunghezza di questa spezzata è: img. La supposta derivabilità della funzione ci consente di applicare il teorema di Lagrange, da cui otteniamo img, ovvero, se l'ampiezza degli intervalli tende a zero, img.

Questa formula richiede il calcolo di un integrale solitamente non facile, nondimeno è importante perché mostra come la teoria dell'integrale di Riemann possa risolvere numerosi problemi di misura, e non solo quello della misura dei domini piani.

Forniamo, senza alcuna giustificazione, anche le due formule seguenti.

Se la curva è data in forma parametrica img, con f e g funzioni derivabili di t, la lunghezza dell'arco di curva compreso tra i valori a e b del parametro è data da img.

Se infine la curva è data mediante la sua equazione polare ρ=ρ(θ), con  variabile tra a e b, la lunghezza è data da img.

Esempio

Calcolare la lunghezza del grafico della funzione img nell'intervallo [0,5].

Poiché img, applicando la formula precedente si ha: img.  Per il calcolo della primitiva si procede nel seguente modo: img.

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pagina pubblicata il 17/01/2003 - ultimo aggiornamento il 01/09/2003