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運動方程式の積分に関する質問

    茂木 宏樹 (id: 394) (2021年10月22日22:56)
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    置換による計算過程が分かりません。よろしくお願いします。

    20211022_225434.jpg

    回答

    imka ury (id: 260) (2021年10月23日17:57)
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    $ T=2\sqrt{\dfrac{l}{g}} \displaystyle \int_{0}^{\phi_0} \dfrac{d\phi}{\sqrt{\sin^2{\dfrac{\phi_0}{2}} - \sin^2{\dfrac{\phi}{2}}}} \dots$ ① $\sin \dfrac{\phi}{2} = k_0 \sin \xi $ $ \Bigl(k_0=\sin \dfrac{\phi_0}{2} \Bigr) \dots$ ② と置く。 ②を微分して  $\dfrac{1}{2} \cos{\dfrac{\phi}{2}} d\phi = k_0 \cos{\xi} d\xi$  $d \phi = \dfrac{2k_0 \cos{\xi}}{\cos{\dfrac{\phi}{2}}} d\xi$    $= \dfrac{2k_0 \cos{\xi}}{\sqrt{1- \sin^2{\dfrac{\phi}{2}}}} d\xi$    $= \dfrac{2k_0 \cos{\xi}}{\sqrt{1- k_0^2 \sin^2{\xi}}} d\xi \dots$ ③ また②より  $\phi$: $0 \rightarrow \phi_0$ のとき $\xi$:$0 \rightarrow \dfrac{\pi}{2}$ よって①に②③を代入すると  $ T=2\sqrt{\dfrac{l}{g}} \displaystyle \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \dfrac{1}{\sqrt{k_0^2 - k_0^2 \sin^2{\xi}}} \cdot \dfrac{2k_0 \cos{\xi}}{\sqrt{1- k_0^2 \sin^2{\xi}}} d\xi $   $=2\sqrt{\dfrac{l}{g}} \displaystyle \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \dfrac{1}{k_0\cos{\xi}} \cdot \dfrac{2k_0 \cos{\xi}}{\sqrt{1- k_0^2 \sin^2{\xi}}} d\xi $   $=4\sqrt{\dfrac{l}{g}} \displaystyle \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \dfrac{d\xi}{\sqrt{1- k_0^2 \sin^2{\xi}}} $ ここで  $K(k) = \displaystyle \int_{0}^{\frac{\pi}{2}} \dfrac{d\xi}{\sqrt{1- k^2 \sin^2{\xi}}} $ と置くと  $T=4\sqrt{\dfrac{l}{g}} K(k_0)$   $=4\sqrt{\dfrac{l}{g}} K\left(\sin{\dfrac{\phi_0}{2}}\right)$
    茂木 宏樹 (id: 394) (2021年10月24日12:32)
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    分かりやすく解説して下さりありがとうございました。助かります。

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