어떤 (양의 값이라고 하자) 상수 , 에 대하여 타원 의 넓이를 구하려고 한다.
(a) 이 방정식을 타원의 위쪽 절반에 대해 푸세요. 답은 “" 꼴이어야 합니다. (b) 타원의 위쪽 절반의 넓이를 나타내는 적분을 쓰세요. 적분의 성질을 이용하여 피적분함수가 원의 위쪽 절반처럼 보이게 하세요. (c) 기하학적 방법과 (b)의 답을 이용하여 타원의 넓이를 구하세요.
영어 원문 보기
We want to compute the area of an ellipse, for some (let's say positive) constants and .
(a) Solve the equation for the upper half of the ellipse. It should have the form “" (b) Write an integral for the area of the upper half of the ellipse. Using properties of integrals, make the integrand look like the upper half of a circle. (c) Using geometry and your answer to part (b), find the area of the ellipse.
정답·풀이 보기
(a) (b) 위 함수의 정의역에 속하는 의 값은 을 만족하는 값이다. 즉 이다. 따라서 타원의 위쪽 절반의 넓이는 다음과 같다.
(c) 함수 은 원점을 중심으로 하고 반지름이 인 원의 위쪽 절반이다. 따라서 (b)의 식의 값은 이다.
(b)의 식은 타원의 절반이었으므로, 타원의 넓이는 이다.
참고: 이 방법은 결과를 얻기에는 다소 길게 돌아가는 방법이었다. 기본적인 추론은 다음과 같다.
- 단위원 의 넓이는 이다.
- 타원 은 단위원을 가로 방향으로 배만큼 줄인 것이다. 따라서 그 넓이는 이다.
- 또한 타원 은 앞의 타원을 세로 방향으로 배만큼 줄인 것이다. 따라서 그 넓이는 이다.
원본 교재 풀이(영어)
(a) (b) The values of in the domain of the function above are those that satisfy . That is, . Therefore, the upper half of the ellipse has area
(c) The function is the upper-half of the circle centred at the origin with radius . So, the expression from (b) evaluates to .
The expression from (b) was half of the ellipse, so the area of the ellipse is .
Remark: this was a slightly long-winded way of getting the result. The reasoning is basically this:
- The area of the unit circle is .
- The ellipse is obtained by shrinking the unit circle horizontally by a factor of . So, its area is .
- Further, the ellipse is obtained from the previous ellipse by shrinking it vertically by a factor of . So, its area is .