サイクロイド / Cycloid

직선 위를 구르는 원의 원주 위의 정점의 자취이다.

목차
1. 설명
2. 길이
3. 넓이
4. 보기
5. 영상

1. 설명 ✎

단위원의 중심의 자취를 (t, 1)이라고 하자. 그러면 (0, 0)에서 시작된 원 위의 정점은
(t-\sin t, 1-\cos t)

를 지나고, 이 자취는 단위원의 사이클로이드가 되며, 주기는 2\pi이다.

그러므로 반지름이 r인 원의 사이클로이드는 다음과 같은 방정식으로 나타낼 수 있다
x=r(t-\sin t)\\y=r(1-\cos t)

2. 길이 ✎

단위원의 사이클로이드의 한 마디의 길이를 구하자. 정점의 자취를 \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dt}}로 미분하면
(1-\cos t, \sin t)

스칼라량으로 전환하면
\sqrt{(1-\cos t )^2 + (\sin^2 t)} = 2|\sin\frac{t}{2}|

\mathrm{dt}로 적분하면
\int _{0} ^{2\pi} 2|\sin\frac{t}{2}|\mathrm{dt} = 8 로 원의 지름의 네 배이다.

3. 넓이 ✎

단위원의 사이클로이드의 한 마디와 x축으로 둘러싸인 도형의 넓이는
\int _{0} ^{2\pi} (1-\cos t) \frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}} \mathrm{dt} = \int _{0} ^{2\pi} (1-\cos t)^2 \mathrm{dt} = 3\pi 로 원의 넓이의 세 배이다.

4. 보기 ✎

  • 트로코이드

5. 영상 ✎




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