■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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