原文作者,John D. Cook博士。
翻譯作者,獨行者,哆嗒數學網翻譯組成員。
校對:math001
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我們之前的文章中,介紹了雞蛋的一個拟合公式,講解了公式中各個變量對雞蛋形狀和雞蛋兩端曲率的影響。
在那之後的文章中則介紹了雞蛋的體積計算。而篇文章,我們将介紹雞蛋的表面積計算。
如果你将f(x)在[c,d]之間的圖像繞x軸旋轉,那麼這個立體圖形的表面積為:
對于雞蛋的拟合函數而言,這個積分是沒有初等表達式的。(至少我沒有找到初等表達式,就算用Mathematica也無能為力。)但是我們可以通過計算得到數值解。
下面給出的是Mathematica的代碼。
f[x_, a_, b_, k_] := b Sqrt[(1 - x^2/a^2) / (1 x k)]
area[a_, b_, k_] :=
2 Pi* NIntegrate[
f[x, a, b, k] Sqrt[1 D[f[x, a, b, k], x]^2],
{x, -a, a}
]
現在我們進行更為詳盡的考察,我們來驗證一個觀點,如果雞蛋是球狀的,我們會得到球的表面積。
輸入area[3, 3, 0]則返回113.097,N[36 Pi]同樣返回113.097,這是一個非常好的開始。
現在我們将k作為自變量,表面積作為因變量,做出一個函數圖像。
Plot[area[4, 2, k], {k, -0.2, 0.2}]
y軸的數值從85.9開始,因此這個圖像誇大了k的作用。因此,我們将y軸的值從0開始,用以修正k的影響。
Plot[g[4, 2, k], {k, -0.2, 0.2}, PlotRange -> {0, 100}]
對于體積而言,雞蛋與橢球之間大約差了一個參數為k的二次函數項。
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