翻譯作者,獨行者,哆嗒數學網翻譯組成員。

校對,333。

之前的一篇文章,我們已經知道如何用方程來擬合雞蛋的形狀。在平面上,我們有下列公式(1)

如何計算蛋蛋的體積呢?

這篇文章的主要內容是爲了求出雞蛋的體積。通過將函數繞x軸旋轉,我們可以由此求出體積。並且,我們還會把它和橢球的體積進行比較。

首先,將函數f(x)在區間[c, d]上的圖像繞x軸旋轉一週,於是我們便得到體積公式(2)

如何計算蛋蛋的體積呢?

即使被積函數是關於函數f的平方,我們也能輕鬆地用積分求出來。因爲在這個例子當中,如果我們將曲線的方程顯式地表示爲y關於x的函數時,函數表達式中會有開平方,從而消去了式子的中的平方運算符。因此,我們的體積可以求得(3)

如何計算蛋蛋的體積呢?

接下來,我們將雞蛋的體積和橢球進行比較。爲了更容易看出兩者之間的差異,我們現在將式子中反雙曲正切函數用冪級數展開(4)。

如何計算蛋蛋的體積呢?

那麼,體積的表達式便如下所示(5)

如何計算蛋蛋的體積呢?

我們會注意到,如果a=b=r,k=0,那麼式子便會簡化成一個球。該球半徑爲r,體積爲4πr³/3。如果a、b不一定相等,但是如果k=0,那麼,便是橢球的體積4πab²/3。

定律一:k對體積影響甚微。在上述級數中,k只出現在2次及更高次的項中。這表明在一階近似時,雞蛋的體積(假定形狀遵循我們所給的公式,注意到|k|很小)便約等於一個擁有相同長軸和短軸的橢球的體積。另外,我們也注意到k只出現在偶次冪的項中。這一點與我們之前的直觀判斷一致。在前文中,我們認爲改變k的符號僅僅表示將雞蛋翻個身,並不會改變雞蛋的體積。

定律二:如果展開到2次項,雞蛋的體積和橢球的體積之間相差了一個k的二次函數。爲了將一個橢圓變成一個雞蛋的形狀,你需要將一端變得平整,而另一端則要變得更尖。但同時還要保持長度和寬度不變,那麼你還再要增加體積。你要在平整的一端增加出來的體積會比尖的一端失去的要多一些。

如何計算蛋蛋的體積呢?

之後的文章將會講解如何求雞蛋的表面積。

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