懸鏈線與雙曲函數(shù)、反雙曲函數(shù)(1)
????## 寫在最前面:這是一道物競(jìng)題,培訓(xùn)時(shí)做到,現(xiàn)回憶起,和雙曲函數(shù)、反雙曲函數(shù)一起講解。
????????懸鏈線:一根密度均勻的繩子或鐵鏈兩端固定在水平桿上,受重力作用自然下垂后形成的曲線。
????????下面我們來(lái)求解懸鏈線方程。
????????為方便起見,認(rèn)為繩子(當(dāng)然也可以是鐵鏈,下略)兩端固定在同一高度上。(事實(shí)上,如果不在同一高度,結(jié)果也是類似的,只不過是其一部分罷了)同時(shí),設(shè)繩子最低處為坐標(biāo)原點(diǎn)。

????????為方便求解,引入以下參數(shù)。
????????????:繩子線密度
????????????:重力加速度
????????????:懸鏈線切線與水平面夾角,如圖所示
????????顯然,我們需要研究繩子微元。
????????考察橫坐標(biāo)為處,長(zhǎng)度為
的繩子微元,則其所受重力為
。對(duì)繩子進(jìn)行受力分析,如圖所示

????????注意:我們并不在意繩子張力究竟是多少,我們只是在意繩子張力的差值是多少。
????????根據(jù)受力平衡,得到
????????兩式相除,得到
????????根據(jù)角度關(guān)系,有
????????此處為常量,因而有
????????于是得到
????????這是核心的微分方程。
????????下面開始解微分方程。
????## 分離變量
????## 兩邊積分
????????根據(jù)積分公式
????## 這里面的叫做反雙曲正弦函數(shù),后面的專題中會(huì)提到。
????????我們得到
? ? ## 這里面的叫做雙曲正弦函數(shù),后面的專題中會(huì)提到。
????????根據(jù)處
,我們得到
????????故
? ? ## 分離變量
? ? ## 兩邊積分
????????根據(jù)積分公式
? ? ? ? 我們得到
????????根據(jù)處
,我們得到
????????故
????????這里的仍然為未確定的參數(shù),取決于繩長(zhǎng)和兩懸掛點(diǎn)間距。