أوجد مساحة دائرة نصف قطرها \( a \) باستخدام التكاملات في حساب التفاضل والتكامل.
حل المسألة
معادلة الدائرة الموضحة أعلاه تُعطى بـ:
الدائرة متماثلة بالنسبة لمحوري السينات والصادات. لذلك، يمكننا إيجاد مساحة ربع الدائرة وضربها في 4 للحصول على المساحة الكلية للدائرة.
حل معادلة الدائرة بالنسبة لـ \( y \):
معادلة نصف الدائرة العلوي (\( y \ge 0 \)) تُعطى بـ:
أخرج \( a^2 \) كعامل مشترك داخل الجذر:
أخرج \( a^2 \) من تحت الجذر:
نستخدم التكاملات المحددة لإيجاد مساحة الربع العلوي الأيمن من الدائرة:
لنستخدم التعويض المثلثي بوضع \( \sin t = \frac{x}{a} \)، مما يعطي \( x = a \sin t \) و \( dx = a \cos t \, dt \). يصبح التكامل:
نستخدم الآن المطابقة المثلثية:
والتي تعطي \( \sqrt{1 - \sin^2 t} = \cos t \) (بما أن \( t \) يتراوح من \( 0 \) إلى \( \pi/2 \)). ومن ثم:
استخدم مطابقة تخفيض الأس \( \cos^2 t = \dfrac{\cos(2t) + 1}{2} \) لخطية التكامل:
احسب التكامل:
بسط:
المساحة الكلية للدائرة يتم الحصول عليها بضرب مساحة ربع الدائرة في 4: