9.7
假设一架无人机被派往茂密的森林中搜寻一名失踪的徒步者。为了确保对地面每一平方米都进行检查,无人机沿一条不断扩展的螺旋路径飞行。
在此,徒步者的最后已知位置作为极坐标曲线的极点。无人机的位置由其与该点的距离以及从正 x 轴逆时针测量的旋转角度来确定。
为了确定无人机是否有足够的电量完成任务,救援团队必须使用弧长函数计算需要飞行的总距离。
推导过程首先利用极坐标与直角坐标之间的关系,求出水平和垂直位置的变化率。
将这些速率平方后相加,可使该公式完全用极坐标表示。
此处使用了勾股定理恒等式来简化表达式。该恒等式将复杂的三角函数项合并,得到曲线总长度的简化公式。
通过求解从初始角度到最终角度区间内的积分,该团队可以准确计算出无人机完成飞行所需的时间。
在极坐标系中,平面曲线通过一个固定点(称为极点)的径向距离 r 和从参考方向测量的角度 θ 来描述。该坐标系特别适用于涉及旋转的路径,例如搜索无人机所遵循的扩展螺旋轨迹。若将徒步者最后已知的位置视为极点,则无人机在任意时刻的位置可用极坐标方程 r = f(θ) 表示,其中从极点出发的距离随无人机逆时…