理论教育 旋转体表面积计算方法及类型

旋转体表面积计算方法及类型

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:《代微积拾级》只有计算椭圆绕长轴旋转曲面全面积公式,夏氏创立旋转曲面部分面积的级数展开式。在《致曲术》中,将b2x2-a2y2=a2b2 绕x 轴旋转曲面部分面积分两种情况讨论。若a<b,夏氏称相应的曲面为“笠体双曲线”;若a>b,相应的曲面称为“钟体双曲线”。

旋转体表面积计算方法及类型

《代微积拾级》只有计算椭圆绕长轴旋转曲面全面积公式,夏氏创立旋转曲面部分面积的级数展开式。《万象一原》卷四“椭圆求大径端截盖壳积”术给出椭圆b2x2+a2y2=a2b2 上从点(0,b)到点(x,y)的椭弧绕长轴的旋转曲面部分面积A 为

这个公式的推导过程如下:

由《代微积拾级》卷十四第十款,曲线y=f(x)绕x 轴旋转曲面面积A的微分为

所以椭弧绕轴旋转曲面面积为

同理,“椭圆求小径端截盖壳积”术给出这段椭弧绕短轴的旋转曲面面积为

至于旋转双曲面的情形则要复杂一些。在《致曲术》中,将b2x2-a2y2=a2b2 绕x 轴旋转曲面部分面积分两种情况讨论。若a<b,夏氏称相应的曲面为“笠体双曲线”;若a>b,相应的曲面称为“钟体双曲线”。《致曲术》中这两种面积的求法称之为“笠体双曲线求截盖壳积”术与“钟体双曲线求截盖壳积”术,但只是有目而无术。夏氏注道:

右二术刻意求之,殊不可得。因双曲线求壳,立法必繁,不能不分级数。而求级之招差须以半心差幂乘半径幂除,又余弦幂乘半径幂除,以降其位。今双曲线之半心差与余弦俱大于半径,若用为乘除法,则位数不惟不降,而反升矣。……因阙此二题以俟明算君子之补缀焉。[40]

而《万象一原》卷六“斜双曲线”中给出“斜双线求大径端截盖壳积”(即“钟体双曲线”)术,给出b2x2-a2y2=a2b2(x>a)绕x 轴旋转曲面部分面积A 公式:

其中(www.daowen.com)

实际上

其中

这样便得到式(3.3.14)。

可以看出,在《万象一原》中夏氏对这两个问题的认识已经深入一层[41],但他没有指出式(3.3.14)只有当时才收敛。

《致曲术》“抛物线”中给出“抛物线求截盖壳积”两术,一为《代微积拾级》中的结果:

夏氏认为该术“必法线大于半通径乃可。若正弦小于半通径,则法线亦小于半通径而不可求矣”。[法线为,显然式(3.3.16)对于y≥0 均成立,夏氏的论述有误。] 夏氏于是另立一术,“正弦愈小降位愈易,亦以济右术之穷也”。术如下:

其中0≤y≤p。

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