【微分几何】正方形的弧长函数及其反函数

 时间:2024-10-13 05:32:17

1、先来构造弧长函数:Floor[(2 x)/Pi] Sqrt[2] +Sqrt[2] Sin[x + Floor[(2 x)/Pi]*(Pi/2)]^2

【微分几何】正方形的弧长函数及其反函数

2、这是一个单调递增函数,其图像如下:

【微分几何】正方形的弧长函数及其反函数

3、试图通过解方程的方法,来求取反函数,结果是不能求取。

【微分几何】正方形的弧长函数及其反函数

4、用分段函数来表示弧长函数:l[x_] := Piecewise[{{Sqrt[2] Sin[x]^2, 0 <= x <= Pi/2}, {Sqrt[2] + Sqrt[2] Cos[x]^2, Pi/2 < x <= Pi}, {2 Sqrt[2] + Sqrt[2] Sin[x]^2, Pi < x <= Pi*3/2}, {3 Sqrt[2] + Sqrt[2] Cos[x]^2, Pi*3/2 < x <= Pi*2}}]用这个分段函数解方程,可以算出反函数:

【微分几何】正方形的弧长函数及其反函数

5、把这个求解结果,转化为分段函数,并绘制图像:ll[t_觥终柯计] :=Piecewise[{{1/2 ArcCos[(Sqrt[2] - 2 t)/Sqrt[2]], 0 <= t < Sqrt[2]}, {1/2 (2 \[Pi] - ArcCos[-((3 Sqrt[2] - 2 t)/Sqrt[2])]), Sqrt[2] <= t < 2 Sqrt[2]}, {1/2 (2 \[Pi] + ArcCos[(5 Sqrt[2] - 2 t)/Sqrt[2]]), 2 Sqrt[2] <= t < 3 Sqrt[2]}, {1/2 (4 \[Pi] - ArcCos[-((7 Sqrt[2] - 2 t)/Sqrt[2])]), 3 Sqrt[2] <= t < 4 Sqrt[2]}}]Plot[{l[x], ll[x]}, {x, 0, 2 Pi}, AspectRatio -> Automatic,PlotRange -> {{0, 2 Pi}, {0, 2 Pi}}, ImageSize -> {360, 360}]

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6、对这个分段函数进行整理,可以集约化为一个统一的表达式:

【微分几何】正方形的弧长函数及其反函数

7、通过图像可以证明,这个函数确实是弧长函数的反函数。

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