곡선의 길이를 적분할때 일반적인 경우가 t에 대한 매개변수 꼴로 나타낸 경우이기 때문에
y=f(x) 꼴에서 t라는 변수를 도입해서 x=t, y=f(t) 로 푼다는 것을 이해했어요.
1. 그런데 궁금한 점 하나가 x를 t로 나타낸 함수를 h(t)라고 했을때, h(t)=t로 잡은 이유는 계산의 편의를 위해서인가요?
h(t)가 연속인 임의의 함수이기만 하면, 예를 들어서 x=h(t)=t^3-7 로 잡든 어떻게 잡든 f°h=k라고 두면 y=k(t), x=h(t)가 되고
h(p)=b, h(q)=a를 만족하는 p,q에 대해서
q부터 p까지 sqrt((dk/dt)^2+(dh/dt)^2) 혹은
q부터 p까지 sqrt((dy/dt)^2+(dx/dt)^2)을
-둘 다같은 표현이긴 합니다- t에 대해서 적분해도 상관없는거죠?
그런데도 굳이 h(t)=t인 이유는 dx/dt=1로 계산이 젤 간편하기 때문인거 맞죠?
2. 생각해보니깐 t의 치역이 a~b를 포함해야하긴 할것같은데
혹시 여기에 더해서 t가 일대일함수여야 하나요?
만약 일대일 함수가 아니여도 된다면 그 이유가 어짜피 중복되는 구간(사진 속 빨간색 같은 구간)이 t에 관해 적분되는 과정에서 합이 0이 되기 때문인가요??
아 그림 잘못 그렸네요 그림에서 y값 p->b로 q->a 입니다
재매개화에 대한 선적분에 대하여 공부하면 원하는 대답이 다 나올거임
이제 곧 고3이라 학부수학 손 댈 짬이 안나 미안합니다 ㅜㅜ
1년 뒤에 수능 끝나면 꼭 공부해볼테니 단순 질문 답만이라도 주실수 있을까요?
x=cost y=sint로 놓고 0부터 2파이까지 곡선 길이를 구하면 몇이 나올거같니
2pi 겠죠?,,,
일대일함수니?
아 h(t)=b가 되는 t가 여러개면 그 곡선이 쭉 이어지면서 x=b라는 직선을 그 해의 개수와 같은 횟수만큼 지나는구나 당연히 그 궤적은 다 다를거고 그러면 당연히 제가 겹친다고 생각했던 부분들이 당연히 x좌표만 같고 거기까지 도달한 궤적은 다 다른점이기 때문에 알아서 계산되겠네요
맞나요?
그리고 h(t)는 멋대로 정할수 있는게 아니라 적절히 정한 t에 대해서 x축과 평행한방향(가로방향)으로 찌그러진다고 해야하나? 조금 변형 될수는 있어도 y축과 평행한방향(세로방향)으로는 변형 될수 없겠네요
윗댓이 말하듯이 넌 재매개화 얘기를 하고있는거임. 이게 막 어려운게 아니고, 그냥 어떤 곡선 (x(t), y(t)) 가 있잖아. 예를들어 y=x+3 이라면 (t,t+3) 이라고 쓰고싶은놈도 있겠지만 (t-3,t) 라고 쓰고싶은놈도 잇을 수 있지. 또는 (2t,2t+3) 이라고 쓰고싶은놈도 있을거임. (2t,2t+3) 은 한 두배정도로 빨리 움직일 것 같이 생겼지? 어차피 곡선은 똑같고 그 곡선을 "매개" 하는 변수가 다를 뿐이니까 곡선의 기하적인 설명에는 전혀 영향을 안미침. 일반적으로 (x(t), y(t)) 에다가 h(s)를 t에 대입해서. 즉, 합성해서 (x(h(k)), y(h(k))) 이런식으로 쓰는걸 "재매개화" 라고 함.
근데 문제는 가령 y=x^2 에서 (t,t^2) 이게 너무 재미없다고 어떤놈이 t=√k 로 "재매개화" 를 한다 쳐보자. 그럼 (√k,k) 가 될텐데, 이게 문제가 이럼 y=x^2 을 전부 못나타내잖음. x>0 에서만 나타내지지. 그리고 또 문제가 y=x^2 은 언제나 미분가능해야되는데 (√k,k) 얘는 k=0 에서 미분하기 껄끄럽잖아 x좌표 미분이 k=0 에서 정의가 안되니까.
또 이런경우를 생각해보자. (x(t), y(t)) 가 있는데 이 점은 "멈추지 않고" 곡선위를 달린다고 해보자. 좀 더 수학적으로는 (x',y')=0 인 t가 존재하지 않는다고 해보자. 이때 t=k^3 으로 "재매개화" 하면 (x(k^3),y(k^3)) 이렇게됨 그럼 생기는 문제가 뭐냐면, t(k)=k^3 는 t'(0)=0 이잖아 그러니까 이걸로 재매개화 해버리니까 점이 한 순간에 "멈춰" 버린거지. 이 "멈춘다" 는건 대단히 민감한 부분임. 우리는 곡선이 "뾰족하지 않길" 바라는 경우가 많음. 왜냐면 거기선 미분이 잘 안될테니까. 가령 어떤 곡선 (p(t),q(t)) 가 t=0 에서 "뾰족" 하다고 치자. 그럼 우린 얘를 아예 곡선취급도 안하거나, 곡선이라곤 불러주더라도 "예쁜 곡선" 이라곤 안부른단말임
근데 이 "뾰족한" 곡선을 t=k^3 로 재매개화해버리면 p(t) 가 p(k^3) 가 되는데 이거 미분하면 3k^2p'(k^3) 이란말이야? 속미분하니까? 이거때문에 마치 주어진 곡선이 "미분이 되는 것 처럼" 보일때가 잇음. 결국 "미분가능한 곡선" 을 "예쁜 곡선" 이라고 부르고 싶은데, 그 목적을 달성하려면 "미분가능" 뿐만 아니라 "안멈추는 놈" 도 배제해야됨. 멈추는 지점을 허용하면 그걸 이용해서 자기 "뾰족점" 을 감추고 "예쁜 척" 할 수도 있거든
따라서 아무 함수로나 재매개화 해도 되는건 아니고, 위에서 설명한 몇가지 문제를 안 일으키는 만족하는 함수로 합성하는것만 재매개화라고 부름.
보통 일반적으로는 점 (x(t),y(t)) 가 곡선위를 달릴 때 "속도"=1 이도록 재매개화를 함. 어떤 함수로 재매개화 하면 언제나 속도가 1이도록 만들 수 있을까? 정답은 "길이를 재는 함수" 에 있음. f(s)가 주어진 곡선 r(t) 의 t=0 에서 t=s 까지의 길이를 재는 함수라고 하자. 그럼 f는 단조증가하는놈이고 미분가능하기땜에 역함수가 있음. 그 역함수를 g라고 하면 g로 재매개화 하면 됨. 이렇게 곡선을 속도1로 "정규화" 시키면 우리는 더이상 "매개화" 로 인해 곡선이 왜곡될거라는 걱정을 하지 않고 오직 곡선의 기하적인 성질만을 탐구할 수 있게 됨. 예를들어 Frenet frame 을 계산하거나 곡률, 비틀림률등을 계산할 수 있게 됨. 여기까지가 지잡 수학과 미분기하 중간고사 범위임.
그래서 잡담은 그만하고 니가 원하는 얘기를 해주자면, 결국 어떤 함수로 재매개화 해도 되는지가 궁금한거일거 아님?
우선 매개화하는 함수는 미분가능해야됨. 곡선이 미분가능한데 굳이 미분 불가능한놈을 합성해서 똥뿌릴 이유는 없으니까. 그리고 재매개화는 "곡선 위를 처음부터 끝까지" 달려야 함. 따라서 가다가 중간에 멈추거나, 가다가 중간에 되돌아오거나 해선 안됨. 근데 어차피 되돌아오려면 멈춰야하니까 안멈춘다는 조건만 주면 될거임. 따라서 h'(t)≠0 이라고 하자. 이러면 자동으로 one to one 이 됨. 대신 "반대로" 달리는 경우는 있을 수 있겠지. 그리고 당연하지만 주어진 곡선 r(t)=(x(t),y(t)) 가 있다고 할 때 우리는 h(k) 를 t대신 대입할거기때문에 h의 치역은 반드시 r의 정의역을 포함해야됨.
이런 규칙을 만족하면 r(t) 에다가 h(k) 대입해서 얻은 b(t)=r(k(t))=(x(k(t)),y(k(t))) 는 r의 성질을 "망치지 않고" 재매개화 했다고 할 수 있겠지 ㅇㅇ
좆고수네 고딩이라길래 잘 설명할 자신없어서 난 가만히있었는데