Pisteiden välisten matkojen summa antaa approksimaation käyrän pituudesta.
Käyrän pituus , s , funktiolle f saadaan integraalina
s
=
∫
a
b
1
+
[
f
′
(
x
)
]
2
d
x
{\displaystyle \displaystyle s=\int _{a}^{b}{\sqrt {1+[f'(x)]^{2}}}\,dx}
[ 1]
Olkoon funktio f määritelty suljetulla välillä
[
a
,
b
]
{\displaystyle [a,b]}
, jolloin voidaan muodostaa f :n rajoittuma tälle välille eli
g
:
[
a
,
b
]
→
R
{\displaystyle g:[a,b]\to \mathbb {R} }
, missä
g
(
x
)
=
f
(
x
)
{\displaystyle g(x)=f(x)}
kaikilla
x
∈
[
a
,
b
]
{\displaystyle x\in [a,b]}
. Lisäksi vaaditaan, että funktiolla f on jatkuva derivaatta f' . Olkoon K funktion g kuvaaja.
Määritellään piste Pi joksikin kuvaajan K pisteeksi (
x
i
,
f
(
x
i
)
)
{\displaystyle x_{i},f(x_{i}))}
,
x
0
<
x
1
<
…
<
x
n
{\displaystyle x_{0}<x_{1}<\ldots <x_{n}}
ja
x
0
=
a
,
x
n
=
b
{\displaystyle x_{0}=a,x_{n}=b}
.
Tällöin kuvaajan K pituus on peräkkäisten pisteiden
(
P
i
,
P
i
+
1
)
{\displaystyle (P_{i},P_{i+1})}
, jossa
i
∈
[
0
,
n
−
1
]
{\displaystyle i\in [0,n-1]}
, välisten etäisyyksien summan raja-arvo, kun välin jakoa tihennetään rajatta.
∑
i
=
1
n
|
P
i
−
1
P
i
|
=
∑
i
=
1
n
(
x
i
−
x
i
−
1
)
2
+
[
f
(
x
i
)
−
f
(
x
i
−
1
)
]
2
=
∑
i
=
1
n
(
1
+
[
f
(
x
i
)
−
f
(
x
i
−
1
)
]
2
Δ
x
2
)
Δ
x
2
,
Δ
x
=
(
x
i
−
x
i
−
1
)
=
∑
i
=
1
n
(
1
+
(
f
(
x
i
)
−
f
(
x
i
−
1
)
Δ
x
)
2
)
Δ
x
{\displaystyle {\begin{aligned}\sum _{i=1}^{n}|{P_{i-1}P_{i}}|&=\sum _{i=1}^{n}{\sqrt {(x_{i}-x_{i-1})^{2}+[f(x_{i})-f(x_{i-1})]^{2}}}\\&=\sum _{i=1}^{n}{\sqrt {\left(1+{\frac {[f(x_{i})-f(x_{i-1})]^{2}}{\Delta x^{2}}}\right)\Delta x^{2}}},\,\Delta x=(x_{i}-x_{i-1})\\&=\sum _{i=1}^{n}{\sqrt {\left(1+\left({\frac {f(x_{i})-f(x_{i-1})}{\Delta x}}\right)^{2}\right)}}\Delta x\\\end{aligned}}}
Kun Δx → 0 , termi
f
(
x
i
)
−
f
(
x
i
−
1
)
Δ
x
=
f
′
(
x
)
{\displaystyle {\frac {f(x_{i})-f(x_{i-1})}{\Delta x}}=f'(x)}
Saadaan integraali:
L
=
∫
a
b
1
+
[
f
′
(
x
)
]
2
d
x
{\displaystyle L=\int _{a}^{b}{\sqrt {1+[f'(x)]^{2}}}\,dx}
(
d
s
)
2
=
(
d
x
)
2
+
(
d
y
)
2
L
=
∫
d
s
=
∫
(
d
x
)
2
+
(
d
y
)
2
=
∫
(
d
x
)
2
[
1
+
(
d
y
d
x
)
2
]
L
=
∫
1
+
(
d
y
d
x
)
2
d
x
{\displaystyle {\begin{aligned}(ds)^{2}&{}=(dx)^{2}+(dy)^{2}\\L&{}=\int \ ds\\&{}=\int \ {\sqrt {(dx)^{2}+(dy)^{2}}}\\&{}=\int \ {\sqrt {(dx)^{2}\left[{1+\left({dy \over dx}\right)^{2}}\right]}}\\L&{}=\int _{}^{}{\sqrt {1+\left({dy \over dx}\right)^{2}}}dx\end{aligned}}}
↑ Harjulehto, Petteri & Klén, Riku & Koskenoja, Mika: Analyysiä reaaliluvuilla , s. 192. Helsinki: Unigrafia, 2014. ISBN 978-952-93-4162-7