Чтобы найти длину дуги кривой с заданной параметризацией, нужно воспользоваться интегралом длины кривой. Для параметрически заданной кривой \( x(t) \) и \( y(t) \) длина дуги от \( t = a \) до \( t = b \) вычисляется по формуле:
\[ L = \int_a^b \sqrt{\left(\frac{dx}{dt}\right)^2 + \left(\frac{dy}{dt}\right)^2} \, dt \]
Для задачи имеем:
\[ x(t) = \cos t + t \sin t, \quad y(t) = \sin t - t \cos t \]
Теперь найдём производные:
- \(\frac{dx}{dt} = -\sin t + \sin t + t \cos t = t \cos t\)
- \(\frac{dy}{dt} = \cos t - (\cos t + t \sin t) = -t \sin t\)
Теперь подставим в формулу длины дуги:
\[ L = \int_0^{2\pi} \sqrt{(t \cos t)^2 + (-t \sin t)^2} \, dt \]
Упростим подкоренное выражение:
\[ (t \cos t)^2 + (-t \sin t)^2 = t^2 \cos^2 t + t^2 \sin^2 t = t^2 (\cos^2 t + \sin^2 t) = t^2 \]
Таким образом, имеем:
\[ L = \int_0^{2\pi} \sqrt{t^2} \, dt = \int_0^{2\pi} |t| \, dt \]
Так как на интервале \( [0, 2\pi] \) \( t \) всегда положительно, можем убрать модуль:
\[ L = \int_0^{2\pi} t \, dt \]
Находим интеграл:
\[ L = \left[ \frac{t^2}{2} \right]_0^{2\pi} = \frac{(2\pi)^2}{2} - \frac{0^2}{2} = \frac{4\pi^2}{2} = 2\pi^2 \]
Таким образом, длина дуги равна \( 2\pi^2 \).