椭圆的相关公式

测量学

文中的公式我没有核对过,但看上去,本文的作者花了不少心思,所以转载一下。
 
一、椭圆周长、面积计算公式

根据椭圆第一定义,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)
椭圆周长定理: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。
椭圆面积公式: S=πab
椭圆面积定理:椭圆的面积等于圆周率(π)乘该椭圆长半轴长(a)与短半轴长(b)的乘积。

二、椭圆常数由来及周长、面积公式推导过程
(一)发现椭圆常数
常数在于探索和发现。椭圆三要素:焦距的一半(c),长半轴的长(a)和短半轴的长(b)。椭圆三要素确定任意两项就确定椭圆。椭圆三要素其中两项的某种数学关系决定椭圆周长和面积。
椭圆的周长取值范围:4a<L<2πa      1
椭圆周长猜想:L=(2πa-4a)T     2
T是猜想的椭圆周率。将(1)等式与(2)等式合并,得:
4a<(2πa-4a)T<2πa      3
根据不等式基本性质,将不等式(3)同除(2πa-4a),有:
4a/(2πa-4a) <T<2πa /(2πa-4a)      4
简化表达式(4):
2/(π-2)<T<π/(π-2)
定义:K1=2/(π-2)K2=π/(π-2)
计算K1K2的值会发现K1K2是两个非常奇特的数:
K11.75193839388411……      K22.75193839388411……
椭圆第二常数:K2=K1+1
椭圆常数的发现过程描述简单,得来却要复杂得多。

(二)椭圆周长公式推导
长期以来我们只用椭圆离心率e=c/a来描述椭圆,却忽视了椭圆ab的关系。定义:椭圆向心率为ff=b/a 。根据椭圆第一定义,椭圆向心率f,有0<f<1的范围。
K1+f<K2的数学关系正是椭圆周长计算时存在的数学关系。
定义:T=K1+f,将此等式代入等式(2)则有:
L=(2πa-4a)T=2(π-2)a(K1+f)
=2(π-2)a(2/(π-2)+b/a)=2πb+4(a-b)
椭圆周长计算公式: L=2πb+4(a-b)

(三)椭圆面积公式推导
椭圆面积的取值范围:0<S<πa2      5
(由于网上发文的遗憾,公式和符号略有缺陷,相信您能够看懂。如:上式中πa2πa的二次方。)
椭圆面积猜想:S=πa2T      6
T是猜想的椭圆面积率。将(5)等式与(6)等式合并,得:
0<πa2T<πa2      7
根据不等式基本性质,将不等式(7)同除πa2,则有:0<T<1。可得:
S=πa2T=πa2(K+f)      8
在等式(8)中K=0f=b/a,代入等式中:
S=πa2b/a=πab
椭圆面积计算公式:S=πab

关于《椭圆定理》中的T=k1+f问题
易亚苏

《椭圆定理》一文中有:定义1K1=2/(π-2)K1为椭圆第一常数。定义2f=b/af为椭圆向心率(a>b>0)。定义3T=K1+fT为椭圆周率。有聪明的网友提出定义:T=k1+f没有依据,现就此问题作出如下分析说明。

(一)
在《椭圆常数K1K2的由来与周长、面积公式推导》中,有“T是猜想的椭圆周率,并定义:T=K1+f”(《椭圆定理》中也有此定义,见上)。《椭圆常数K1K2的由来与周长、面积公式推导》中还有表达式:2/(π-2)<T<π/(π-2)
定义:K1=2/(π-2)K2=π/(π-2)。这样定义理当无可非议。
那么,K1<T<K2,因为k2=k11,也可以说Tk1k1+1之间的数,数学表达式为:k1<T<k1+1。对于具体椭圆而言k1<T<k1+ff为椭圆向心率,f=b/a0<f<1。(a>b>0)(参见《椭圆定理》)。因为0<f<1,所以k1<T<k1+1T=K1+f有同样的代数内含。所谓同样的代数内含是思维数学。
由椭圆定义,a>b>0,因为f=b/a,0<f<1。当b接近0时,椭圆接近双直线,其长度近似于4a;当b接近a时,椭圆接近圆,其周长近似于2πa。当b0a之间变化时,形状为椭圆,其周长为L=2πb+4(a-b)。以下作简要分析,如果把椭圆的a作为椭圆单位,那么f=B(椭圆单位)Bb/a(椭圆单位),其中0<B<1,也即0<f<1T=k1+fk1<T<k1+1k1<T<k2,即是2/(π-2)<T<π/(π-2)
注:椭圆单位的概念很重要,切记并体会其内含!在《椭圆定理》短文中首次提出了椭圆单位的概念,定义:任意椭圆长半轴的长a为该椭圆单位,用A表示,称为椭圆单位
其实T=k1+f的定义既是从椭圆中的代数内含关系推理而来,也是基于椭圆单位的思考而来。

(二)
研究椭圆时笔者发现了K1K2两个非常奇特的数:
K11.75193839388411……      
K22.75193839388411……
这两个奇特的数里包含了ππ是圆周率,f=b/a01之间的小数,那么对于椭圆来说T=k1+f是一个也包含了π的特定数,所以定义T椭圆周率。椭圆周率与圆周率不同,圆周率是固定的值π,椭圆周率是变化的值T=k1+f,它随椭圆ba的比值变化而变化。从某种意义上说圆是椭圆的范围,由于椭圆定义了a>b>0,所以只能称圆是椭圆的范围,而不能称圆是特殊的椭圆。但是在研究椭圆时以椭圆a为半径的圆起到了很好的参考,所以笔者在《椭圆定理》中对圆和椭圆这两种几何图形,只能发出圆完美的和谐,椭圆和谐的完美这样的感叹。

(三)
笔者认为任何科学研究的方法都基于:1、发现特殊现象;2、提出假设或猜想;3、利用假设或猜想做出结论;4、对结论进行检验。《椭圆定理》就是基于这四点写出的短文。笔者认为论文不在长短,而在其价值。当今的椭圆理论是不完整的(比如只有近似的椭圆周长计算公式,缺少标准的椭圆周长计算公式),那么椭圆理论的依据还需要靠发现来完善。任何科学的原始依据从哪里来?从发现来。对特殊现象的发现加以总结,通过检验就可以成为理论;理论升华就是科学,科学也是理论依据的源泉。

(四)
椭圆周长无疑在4a<L<2πa范围变化,并与f=b/a值存在某种对应的关系,其核心就是T=k1+f。椭圆里的BBb/a椭圆单位)从01的平滑变化,必然导致其椭圆周长的平滑变化。椭圆是平滑的闭合曲线,其周长与f=b/a的变化有着必然的对应变化数学关系。所以笔者在《椭圆定理》中要定义f为椭圆向心率,f=b/a,(a>b>0)。如果引用椭圆单位,则4<L<2π(椭圆单位)。
在《椭圆定理》短文中有后附《椭圆的奥秘》椭圆周长、面积验算公式表,可惜网上尚未能表示出验算公式表,相信您用Excel可以很容易作出验算公式表,并可以对椭圆周长计算公式L=2πb+4(a-b)进行序列的直观检验。椭圆周长计算公式L=2πb+4(a-b)中虽然没有出现椭圆周率T,但这个公式是通过椭圆周率T推导演变而来。常数为体,公式为用。

(五)
当今尚无标准的椭圆周长计算公式是基础科学中的遗憾之一,现在科学中所使用的椭圆周长都是近似值,这也是科学的遗憾之一,所以研究椭圆周长计算公式是十分有意义的。笔者认为一个公式的对与错,既有意义也没有意义,因为科学是发展的,科学是循序渐进的过程。科学探索的过程是寂寞而愉快的,但我们要认识到今天的正确不代表明天的正确,如果没有这样的观念,科学也就难于进步。10的负50次方对古人而言除了代表0没有其他的意义,然而10的负50次方对现代人而言可以代表0,也可以不代表0。随着科学技术的提高,10的负N次方的意义也在发生变化。宇宙之浩大,用椭圆周长的近似公式去研究宇宙,今天不出问题,明天必定要出大问题。人类对宇宙的认识从神话到科学、从主观到客观是不以个人的意志为转移的,科学发展到今天,我们更要具有科学发展观。



任一部分椭圆面积


椭圆周长
 


(一)椭圆周长计算公式
椭圆周长公式:L=2πb+4(a-b)
椭圆周长定理: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。

(二)椭圆面积计算公式
椭圆面积公式: S=πab
椭圆面积定理:椭圆的面积等于圆周率(π)乘该椭圆长半轴长(a)与短半轴长(b)的乘积。
以上椭圆周长、面积公式中虽然没有出现椭圆周率T,但这两个公式都是通过椭圆周率T推导演变而来。常数为体,公式为用。

 

近似L=√(4abπ^2+15(a-b)^2)(1+MN) ( M=4/√15-1 N=((a-b)/a)^9 ) 近似 L=πQ(1+3h/(10+√(4-3h))(1+MN)( Q=a+bH=((a-b)/(a+b))^2M=22/7π-1M=((a-b)/a)^33.697 )

标准 LQπ(1+h^2/4+h^4/4^3+h^6/4^4+5^2*h^8/4^7+7^2*h^10/4^8…) (h(a-b)/(a+b) Qa+b)

 

 

 

 

 

几何图形及计算公式查询

 

 

平面图形

名称

符号

周长C和面积S

正方形

a—边长

C4a
Sa2

长方形

ab-边长

C2(a+b)
Sab

三角形

a,b,c-三边长
ha边上的高
s-周长的一半
A,B,C-内角
其中s(a+b+c)/2

Sah/2
 ab/2·sinC
 [s(s-a)(s-b)(s-c)]1/2
 a2sinBsinC/(2sinA)

四边形

d,D-对角线长
α-对角线夹角

SdD/2·sinα

平行四边形

a,b-边长
ha边的高
α-两边夹角

Sah
 absinα

菱形

a-边长
α-夹角
D-长对角线长
d-短对角线长

SDd/2
 a2sinα

梯形

ab-上、下底长
h-高
m-中位线长

S(a+b)h/2
 mh

r-半径
d-直径

Cπd2πr
Sπr2
 πd2/4

扇形

r—扇形半径
a—圆心角度数

C2r2πr×(a/360)
Sπr2×(a/360)

弓形

l-弧长
b-弦长
h-矢高
r-半径
α-圆心角的度数

Sr2/2·(πα/180-sinα)
 r2arccos[(r-h)/r] - (r-h)(2rh-h2)1/2
 παr2/360 - b/2·[r2-(b/2)2]1/2
 r(l-b)/2 + bh/2
 ≈2bh/3

圆环

R-外圆半径
r-内圆半径
D-外圆直径
d-内圆直径

Sπ(R2-r2)
 π(D2-d2)/4

椭圆

D-长轴
d-短轴

SπDd/4

立方图形

名称

符号

面积S和体积V

正方体

a-边长

S6a2
Va3

长方体

a-长
b-宽
c-高

S2(ab+ac+bc)
Vabc

棱柱

S-底面积
h-高

VSh

棱锥

S-底面积
h-高

VSh/3

棱台

S1S2-上、下底面积
h-高

Vh[S1+S2+(S1S1)1/2]/3

拟柱体

S1-上底面积
S2-下底面积
S0-中截面积
h-高

Vh(S1+S2+4S0)/6

圆柱

r-底半径
h-高
C—底面周长
S底面积
S侧面积
S表面积

C2πr
Sπr2
SCh
SCh+2S
VSh
 πr2h

空心圆柱

R-外圆半径
r-内圆半径
h-高

Vπh(R2-r2)

直圆锥

r-底半径
h-高

Vπr2h/3

圆台

r-上底半径
R-下底半径
h-高

Vπh(R2Rrr2)/3

r-半径
d-直径

V4/3πr3πd2/6

球缺

h-球缺高
r-球半径
a-球缺底半径

Vπh(3a2+h2)/6
 πh2(3r-h)/3
a2h(2r-h)

球台

r1r2-球台上、下底半径
h-高

Vπh[3(r12r22)+h2]/6

圆环体

R-环体半径
D-环体直径
r-环体截面半径
d-环体截面直径

V2Rr2
 π2Dd2/4

桶状体

D-桶腹直径
d-桶底直径
h-桶高

Vπh(2D2d2)/12
(母线是圆弧形,圆心是桶的中心)
Vπh(2D2Dd3d2/4)/15
(母线是抛物线形)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.几何体的表面积体积计算公式   圆柱体:   表面积:2πRr+2πRh 体积:πRRh (R为圆柱体上下底圆半径,h为圆柱体高)   圆锥体:   表面积:πRR+πR[(hh+RR)的平方根] 体积: πRRh/3 (r为圆锥体低圆半径,h为其高,  2平面图形 名称 符号 周长C和面积S 正方形 a—边长 C4a Sa2  长方形 ab-边长 C2(a+b) Sab  三角形 a,b,c-三边长ha边上的高s-周长的一半A,B,C-内角其中 s(a+b+c)/2 Sah/2ab/2·sinC [s(s-a)(s-b)(s-c)]1/2a2sinBsinC/(2sinA)  四边形 d,D-对角线长α-对角线夹角 SdD/2·sinα  平行四边形 a,b-边长ha边的高α-两边夹角 Sahabsinα  菱形 a-边长α-夹角D-长对角线长d-短对角线长 SDd/2a2sinα  梯形 ab-上、下底长h-高m-中位线长 S(a+b)h/2mh   r-半径 d-直径 Cπd2πr Sπr2πd2/4   扇形 r—扇形半径 a—圆心角度数 C2r2πr×(a/360) Sπr2×(a/360)  弓形 l-弧长 Sr2/2·(πα/180-sinα)  b-弦长 r2arccos[(r-h)/r] - (r-h)(2rh-h2)1/2  h-矢高 παr2/360 - b/2·[r2-(b/2)2]1/2  r-半径 r(l-b)/2 + bh/2  α-圆心角的度数 ≈2bh/3   圆环 R-外圆半径 Sπ(R2-r2)  r-内圆半径 π(D2-d2)/4  D-外圆直径  d-内圆直径    椭圆 D-长轴 SπDd/4  d-短轴     3 补充版   平面图形   名称 符号   周长C和面积S   正方形 a—边长 C4a   Sa^2   长方形   ab-边长 C2(a+b)   Sab   三角形   a,b,c-三边长   ha边上的高   s-周长的一半   A,B,C-内角   其中s(a+b+c)/2 Sah/2    ab/2·sinC    [s(s-a)(s-b)(s-c)]1/2    a^2sinBsinC/(2sinA)      四边形

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