用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积

首页 > 实用技巧 > 作者:YD1662023-06-27 12:02:42

图1,阿基米德关于圆面积和定义三角形面积对应关系

*下文提到的定义三角形即为上图中的直角三角形。


(二).阿基米德所处时代背景:

  1. 古希腊人并没有代数学,也没有实数的感念,也不存在π,所以圆的面积只能用与其面积相同的三角形的面积来表示。
  2. 欧几里得的《几何原本》已经为几何证明做好了铺垫。《几何原本》开创了古典数论的研究,在一系列公理、定义、公设的基础上,创立了欧几里得几何学体系,成为用公理化方法建立起来的数学演绎体系的最早典范。
  3. 阿基米德的算法是在古希腊通用的笨拙的系统中完成的,其中分数源自古埃及奇怪的表示和处理方法:

用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积(5)

古埃及分数表示及计算方法

4.当时的几何家已知,不论圆的大小如何,圆的周长与直径的比为常数(显然这个常数就是后来的 π)。

k1=C/d

5.《几何原本》已经证明了圆的面积正比于半径的平方。即存在常数k,使得对任意圆都有:

k2=S圆/r2

但他们都没有发现k与π的关系。


(三)阿基米德证明用到的断言(容易证明或不证自明,部分出自《几何原本》,部分为阿基米德的杰出创新)


断言一:任意圆内接正多边形的面积小于圆的面积。

用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积(6)

圆的内接正多边形


δn=S圆- Sn>0

Sn为圆内接正n边形的面积,δn为圆与其内接正多边形面积之差,即图中阴影部分的面积。


断言二:δ2n<δn/2

用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积(7)

割之弥细,所失弥少

如上图,以圆内接正四边形为例,蓝色部分的面积小于阴影部分的面积,推广到整个图形,对于所有的圆内接正多边形都有δ2n<δn/2。


断言三:任意圆内接正多边形的面积小于前面定义的三角形面积,即Sn<S△。

用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积(8)

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