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

如上图,证明基于以下两个事实。

OA<OB, P(A)Q<弧PBQ


断言四:给定一个已知圆,做圆的内接正多边形,正多边形的边数越多,正多变形的面积更接近圆的面积。如正八边形的面积比正方形更接近圆的面积,正十六边形又比正八边形更接近圆的面积,这一过程可以无限继续,则正多边形的面积无限逼近圆的面积。(跟我国魏晋期间刘徽的割圆术类似,都用到了穷竭法)

显然,圆内接正多边形的面积永远小于圆的面积。但是,如果预先给定任一面积,不论其多小,我们都能做出一个内接正多边形,而使圆面积与其内接正多边形的面积之差小于这一预先给定的面积。(是不是有熟悉的感觉,这恰是高等数学中极限的定义,这也是阿基米德证明圆的面积的关键。)


断言五:任意圆外切正多边形的面积大于圆的面积。

用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积(9)

圆外切正多边形

设 δN=SN-S圆>0

SN为圆外切正N边形的面积,δN为圆外切正N边形面积与圆面积之差,即图中阴影部分的面积。

参考断言二易知 δ2N<δN/2


断言六:定义三角形的面积小于圆外切正N边形的面积。(参考断言三)


断言七:圆外切正多边形的面积永远大于圆的面积。但是,如果预先给定任一面积,不论其多小,我们都能做出一个外切正多边形,而使圆面积与其外切正多边形的面积之差小于这一预先给定的面积。


(四).阿基米德采用的逻辑方法——双重归谬法(反证法)

在阿基米德之前,人们往往采用直接证明的方法,而阿基米德则采用间接方法。

比如我们要证明A=B,当直接证明比较困难的时候,可以采用排除法。A与B的关系只有3种情况,A>B,A<B,A=B。如果能排除前两种情况,自然得到A=B。

阿基米德采的方法:排除S圆>S△和S圆<S△两种情况,得S圆=S△。



(五).阿基米德的证明

求证:任意圆的面积,与两条直角边长分别为该圆半径和周长的直角三角形的面积相等,即S圆=S△。


第一步,证圆的面积不大于定义三角形。

证明:

假设 S圆>S△

令 ε'=S圆-S△>0 (预先给定的面积)

根据断言四

当取充分大的n,使得 δn<ε (δn见断言一,根据断言四)

有 Sn<S△<S圆 (断言三)

用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积(10)

这表明 ε=S圆-S△<S圆-Sn=δn (如上图)

即 ε<δn

与n的选取矛盾,则假设S圆>S△不成立。


第二步,证定义三角形的面积不大于圆。
证明:

假设 S△>S圆

令 ε’=S△-S圆>0 (预先给定的面积)

根据断言七

当取充分大的N,使得 δN<ε' (δN见断言五,根据断言七)

有 S圆 <S△ < SN (断言六)

用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积(11)

这表明 ε'=S△-S圆<SN-S圆=δN (如上图)

即 ε'<δN

与N的选取矛盾,则假设S△>S圆不成立。


综上第一步第二步证明,可知 S△=S圆。



用阿基米德的语言描述为:“由于圆的面积既不大于、也不小于(三角形面积),因此,圆的面积等于三角形面积。”


(六).想到的一些闲话

四、其他圆的面积公式的证明方法

1.刘徽的割圆术

用定积分怎么求圆的面积,用积分法求一部分圆的面积(12)

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