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椭圆周长(数学概念)

更新于2023-03-04

椭圆周长没有精确的初等公式,但有非初等的椭圆积分形式的表达及其级数展开式。椭圆周长级数展开式是著名的项名达公式,由我国清代数学家项名达(1791~1850)最早提出。椭圆周长理论公式是存在的不过它不能用初等函数表示,它是一个与离心率有关的无穷收敛级数,本公式已经把正圆周长纳入其中,在某种意义上讲正圆是特殊的椭圆,也就是说正圆是长短轴相等的椭圆。椭圆周长(弧长)涉及第二类椭圆积分,原函数无法以初等函数的形式表达。

中文名

椭圆周长

外文名

Ellipse girth

发展者

欧拉

拼音

tuo yuan zhou chang

非初等公式

提出者

阿贝尔

初等公式

没有精确的初等公式

周长公式

用a表示椭圆长半轴的长,b表示椭圆短半轴的长,且a>b>0。椭圆周长公式:L=2πb+4(a-b)。[1]

周长定理

椭圆的周长等于该椭圆短半轴长为半径的圆周长(2πb)加上四倍的该椭圆长半轴长(a)与短半轴长(b)的差。严格来说椭圆周长没有精确的初等公式,但有非初等的椭圆积分形式的表达及其级数展开式,十分复杂。

历史

最早由阿贝尔)提出,欧拉发展。

对这类问题的讨论引出一门数学分支--椭圆积分(变分法),仍然方兴未艾。

以下是几个比较简单的近似公式:

公式一至公式六为一般精度,满足简单计算需要;

公式八为高精度,满足比较专业一些的计算需要。

椭圆周长公式:L=2πb+4(a-b)

这些公式均符合椭圆的基本规律,当a=b时,L=2aπ。

计算

一、L1=π·qn/atan(n)

(b→a,q=a+b,n=((a-b)/a))^2

这是根据圆周长和割圆术原理推导的,精度一般。

二、L2=π·θ/(π/4)·(a-c+c/sinθ)

(b→0,c=√(a^2-b^2),θ=acos((a-b)/a)^1.1)

这是根据两对扇形组成椭圆得特点推导的,精度一般。

三、L3=π·q(1+mn)

(q=a+b,m=4/π-1,n=((a-b)/a)^3.3)

这是根据圆周长公式推导的,精度一般。

四、L4=π·√(2a^2+2b^2)·(1+mn)

(m=2√(2/π)-1,n=((a-b)/a)^2.05)

这是根据椭圆a=b时得基本特点推导的,精度一般。

五、L5=√(4ab·π^2+15(a-b)^2)·(1+mn)

(m=4/√(15)-1,n=((a-b)/a)^9)

这是根据椭圆a=b,c=0时是特点推导的,精度较好。

六、L6=π√[2(a^2+b^2)](较近似)

七、L7=π[3/2(a+b)-√(ab)](较精确)

八、L8=π·q(1+3h/(10+√(4-3h)))·(1+mn)

(q=a+b,h=((a-b)/(a+b))^2,m=22/7π-1,n=((a-b)/a)^33.697)

这是根据椭圆标准公式提炼的,精度很高。

九、一个高精度的椭圆周长初等公式,精确度可由使用者自由控制,点击图片查看。

椭圆周长(弧长)涉及第二类椭圆积分,原函数无法以初等函数的形式表达。在Matlab,maple等数学软件中可以直接调用第二类椭圆积分函数求得。建议阅读《特殊函数》,王竹溪,郭敦仁编着;刘式适、刘式达编着版本指明了第二类椭圆积分的几何意义即为椭圆弧长问题。外文文献也很多。

十、精确度最高的椭圆周长公式。首先复制下列字符,把a、b改成你想要的数字,再粘贴到百度计算器高级输入栏按等号即可。该椭圆周长公式精确度约十亿分之一,为目前世界上不用程序即可计算的精确度最高的公式。当b/a很小时,精确度是公式八的一万倍。当b/a约为0.01时,精确度相当于用程序计算项名达公式1000倍。(该公式发明人周钰承)。

pi*(a+b)*(1+3*((a-b)/(a+b))^2/(10+sqrt(4-3*((a-b)/(a+b))^2))+(4/pi-14/11)*((a-b)/(a+b))^(14.233+13.981*((a-b)/(a+b))^6.42))

例如:若a=4,b=1时,把下式粘贴到百度高级输入栏OK.

pi*(4+1)*(1+3*((4-1)/(4+1))^2/(10+sqrt(4-3*((4-1)/(4+1))^2))+(4/pi-14/11)*((4-1)/(4+1))^(14.233+13.981*((4-1)/(4+1))^6.42))

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