一道題引發(fā)的慘案 MRN的數(shù)學(xué)之旅 第1篇

寫在前面:
在我的專欄當(dāng)中,可能會出現(xiàn)各種各樣的題目,而我的做法可能千奇百怪(包括但不限于:暴力計算、一些“玄學(xué)”的變換、Desmos、WolframAlpha)。所以,為了方便大家的理解,我會盡可能詳細(xì)的寫出思路的產(chǎn)生過程。其它的說明在序言里了。(慘案見文中)

第一眼看上去,這道題難度肯定不?。ㄒ话泐}目長度和難度成反比)。但不要害怕,我們一步一步來。
首先,我們不知道曲線的形狀,不過這沒什么關(guān)系,因為我們有Desmos,可以輕松畫出圖像。

從圖上可以看出,這條曲線不是簡單(沒有自交點(diǎn))曲線,因此難以直接計算所圍的面積(不能直接使用格林公式)。
經(jīng)過簡短的計算(這相當(dāng)于一道高中難度的三角函數(shù)題),我們還可以得出以下的信息

由表格可知,當(dāng)0≤t≤π時,圖像在x軸及其上方;當(dāng)π≤t≤2π時,圖像在x軸及其下方。并且,對于0≤t≤π和π≤t≤2π這兩種情況,圖像都是以(1,0)為起點(diǎn)和終點(diǎn)的閉曲線。
因此我們把曲線所圍的區(qū)域(記為D)分為上下兩部分:x軸以上部分記為C1,x軸以下部分記為C2,則有:

再將曲線的參數(shù)代入其中,可以得到:


這里,我們用到了以下兩個公式:


容易求得(使用一次積化和差公式,再使用兩次分部積分)

(在算到這里時,因為某些我也不知道的原因,我算了三次都沒算對,最后借助WolframAlpha才得到答案,并且計算太多,積勞成疾(滑稽),還得了感冒)
使用牛頓-萊布尼茨公式,我們可求得第一個積分值為-16/9(為什么是負(fù)的?留作習(xí)題。提示:注意前面的劃線部分,積分沒有算錯),第二個積分值為16/9。也就是說,這兩個積分值的和為0。所以,這塊區(qū)域的面積為0。但這顯然是不可能的。所以,上面的解答存在一定的問題。至于問題出在哪里,大家可以自己思考一下,這也留作習(xí)題。
文中留作習(xí)題的部分,大家可以把自己的答案寫在評論區(qū)里,在下一期專欄中,我會公布我的答案,供大家參考。其它說明詳見序言。
創(chuàng)作不易,希望看了這篇文章后,能給予我一些支持,我將萬分感謝你的鼓勵。
By MRN,2019.4.7