Спираль Архимеда — это плоская кривая, которая описывается уравнением в полярных координатах. Длина дуги спирали Архимеда может быть подсчитана с помощью интегрирования. Рассмотрим, как найти длину одной оборота спирали, заданной уравнением \( r = p + a\theta \), где \( p \) и \( a \) — постоянные, а \( \theta \) — угол в радианах.
В вашем случае, на основе упоминания \( p = 3\phi \), предполагается, что это значение связано с параметром \( p \) в уравнении спирали. Давайте рассмотрим случай, когда \( r = 3\theta \) (где \( \phi \) может быть интерпретировано как угол).
Шаг 1: Длина дуги спирали
Длина дуги \( L \) спирали Архимеда определяется по формуле:
\[ L = \int_{\theta_1}^{\theta_2} \sqrt{ \left( r \frac{dr}{d\theta} \right)^2 + r^2 } \, d\theta \]
Шаг 2: Находим производную
Сначала найдем \( \frac{dr}{d\theta} \): \[ r = 3\theta \implies \frac{dr}{d\theta} = 3 \]
Шаг 3: Подставляем в формулу длины дуги
Теперь подставим \( r \) и \( \frac{dr}{d\theta} \) в формулу:
\[ L = \int_{0}^{2\pi} \sqrt{ \left( 3\theta \cdot 3 \right)^2 + (3\theta)^2 } \, d\theta \]
Упрощаем подкоренное выражение:
\[ L = \int_{0}^{2\pi} \sqrt{ 9\theta^2(3^2 + 1) } \, d\theta = \int_{0}^{2\pi} \sqrt{ 36\theta^2 }\, d\theta = \int_{0}^{2\pi} 6\theta \, d\theta \]
Шаг 4: Интегрируем
Теперь выполним интегрирование:
\[ L = 6 \int_{0}^{2\pi} \theta \, d\theta = 6 \left[ \frac{\theta^2}{2} \right]_{0}^{2\pi} = 6 \cdot \frac{(2\pi)^2}{2} = 6 \cdot 2\pi^2 = 12\pi^2 \]
Итог
Длина дуги одного оборота спирали Архимеда, заданной как \( r = 3\theta \), составляет \( 12\pi^2 \).
Если нужно дополнительное объяснение или разбор деталей, дайте знать!