타원의 같은 매개각은 같은 공전 시간을 뜻할까

타원을균일한매개변수로표시하는일과시간에따른운동을표시하는일은다르다. 태양을중심이아닌초점에두면같은매개각의구간이서로 다른 면적을쓸어간다.

역광으로 빛나는 토성과 넓은 고리

사진: NASA/JPL/Space Science Institute · Public domain · 원본 출처

x=2cosE,y=√3sinE이고태양은(1,0)이다. 초점에서E₁부터E₂까지쓸어간면적이 A=√3(E₂−E₁)−(√3/2)(sinE₂−sinE₁)라고주어졌다. E:0→π/2와π/2→π의면적및걸리는시간의비를구하라. 같은 면적속도라는케플러조건을사용한다.

A(E1,E2)=3(E2−E1)−32(sin⁡E2−sin⁡E1)A(E_1,E_2)=\sqrt{3}(E_2-E_1)-\frac{\sqrt{3}}{2}(\sin E_2-\sin E_1)

첫면적은√3(π−1)/2,둘째는√3(π+1)/2다. 둘째/첫째의비는(π+1)/(π−1)>1이다. 면적속도가같으므로걸리는시간의비도이값이다. 같은ΔE=π/2가같은시간을뜻하지않는다.

주어진 식은초점상대좌표r=(2cosE−1,√3sinE)에대해면적요소를(1/2)(rₓdy−rᵧdx)로적분한결과다. 이면적식의유도는확장주제이며,문항에서는식을조건으로제공해단순대입과시간비해석을평가한다.

t2t1=A2A1=π+1π−1>1\frac{t_2}{t_1}=\frac{A_2}{A_1}=\frac{\pi+1}{\pi-1}>1

착안 원문: Chapter 3: Gravity & Mechanics — Kepler’s Laws. 같은 시간의 면적 법칙을 같은 매개각의 두 구간에 적용했다. 면적식의 유도는 확장 주제다.

초점이중심과같은원궤도에서는이보정항이어떻게달라지는가?

중심에서의매개각E와태양에서의실제운동을그림에서구별한다. 주어진 면적식의사인값의 보정항을생략하면어떤 조건을잘못고정한것인지확인한다.