■周長積分(その1)

 円x^2+y^2=1の面積を求めたいならば

  y=(1-x^2)^(1/2)

とおいて、

  ∫(0,1)ydx

を計算すると4分円の面積を求めることができる。

  ∫(0,1)ydx=π/4

 それでは

  ∫(0,1)1/ydx

は何を意味するのだろうか?

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 円の4分の1周の長さを求めるのに,y=(1-x^2)^(1/2)に対し,

  ∫(0,1)(1+(dy/dx)^2)^(1/2)dx

を計算すると,

dy/dx=-x/y  (これは円周上の点の動径が接線と直交することを意味する)

1+(dy/dx)^2=1+x^2/y^2=1/y^2=1/(1-x^2)

したがって、

  ∫(0,1)1/(1-x^2)^(1/2)dx=π/2

となります.

そこで

  f(x)=1/(1-x^2)^(1/2)

  2∫(0,1)f(x)dx=3.141592・・・=π

となり,これをπの定義とし,完全円積分と呼ぶことにします.

  F(z)=∫(0,z)f(x)dx

は不完全円積分ですが,これから

  sinω=F^(-1)(ω),cosω=F^(-1)(π/2-ω) と定義すると,逆正弦関数

  sin^(-1)z=∫(0,z)f(x)dx

が得られます.

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 一般に,P(x)を2次の多項式とするとき,

  f(x)=1/(P(x))^(1/2)

  F(z)=∫(0,z)f(x)dx

は対数あるいは円関数(三角関数)になります.

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