مساحت کل ناحیهٔ بستهٔ درون منحنی قطبی r=cos۲θ، کدام است؟
پاسخ صحیح:گزینهٔ C — ۲π
پاسخ تشریحی
خمِ مورد نظر: گلِ چهارگلبرگی
برای r=coskθ دستهبندی استاندارد میگوید: اگر kفرد باشد گل دارای k گلبرگ است و اگر kزوج باشد دارای 2k گلبرگ. در اینجا k=2 زوج است، پس r=cos2θ یک گلِ چهارگلبرگی است.
بیایید این چهار گلبرگ را بهصراحت ببینیم و علامت r را دنبال کنیم (نقطهای با r<0 در زاویهٔ θ در زاویهٔ θ+π رسم میشود):
θ
علامت cos2θ
گلبرگِ رسمشده (محور گلبرگ)
[−4π,4π]
≥0
در امتداد θ=0 (سمت مثبت x)
[4π,43π]
≤0
در امتداد θ=23π (سمت منفی y)
[43π,45π]
≥0
در امتداد θ=π (سمت منفی x)
[45π,47π]
≤0
در امتداد θ=2π (سمت مثبت y)
بنابراین وقتی θ یک بار بازهٔ [0,2π) را میپیماید، هر یک از چهار گلبرگ دقیقاً یک بار و بدون همپوشانی پیموده میشود.
مساحت یک گلبرگ
جزء مساحت در مختصات قطبی برابر dA=21r2dθ است. گلبرگِ حول نیممحور مثبت x متناظر با −4π≤θ≤4π است (جایی که r مسیر 0→1→0 را طی میکند):
تلهٔ رایج: دام اصلی، شمارش گلبرگهاست. گزینهٔ ۲ (π/4) دقیقاً همان چیزی است که اگر بهاشتباه r=cos2θ را گلی دوگلبرگی (پاسخ حالت k فرد) در نظر بگیرید به دست میآید، و گزینهٔ ۱ (π/8) مساحت تنها یک گلبرگ است. همیشه ابتدا کمانِ پیمودهشده را تعیین کنید: برای k زوج، کمانهایی با r منفی گلبرگهای اضافی میسازند و گلبرگهای موجود را دوباره نمیپیمایند.