悬链线的等高悬链线
其中 a是常数。 如右图,设最低点A处受水平向左的拉力H,右悬挂点处表示为C点,在AC弧线区段任意取一段设为B点,则B受一个斜向上的拉力T,设T和水平方向夹角为θ,AB段绳子的质量为m,显然B点受力平衡,进行受力分析有:
……(1)
m=σs ,其中s是右段AB绳子的长度,σ是绳子线密度,即单位长度绳子的质量。代入得微分方程 ……(2)
再利用勾股定理
得到:
……(3)
将(3)式代入(2)式得:
……(4)
不妨做一次变量替换,令: ,得到如下方程:
为了将积分符号去掉,对上式两边对x求导:
接下来变量分离并两端进行积分:
由于 ,所以上面的积分的解为:
……(5)
(注意,指数-1表示的是反函数,而不是倒数。)
下面确定C的值。显然,当x=0时,y'=0,即p=0,所以将该初值条件代入我们得到的解,因为 ,解得C=0.下面给出反双曲正弦的图像以加强直观认识。
然后利用反函数的性质,在(5)式的两边取双曲正弦:
对上式变量分析并积分:
于是得到最终的解:
上式中的C一般保留,它会随着坐标系选择的不同而取不同的值。