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微积分新思想应用示范二:算球面积

 风声之家 2023-05-02 发布于江苏

前面说过,球的表面没有一点是平的。所以,球面积无论如何计算都是近似值。现在公认球面积为4πr^2,可见这个结论是经过验证的。现在我们用微积分方法算算看。

方法1,把球面分成无数个“超短裙”:

每条短裙的半径为x,长为dl

由于裙超短,所以,裙面积可以近似等于它的腰围×长度。

所以,短裙面积为ds=2πx .dl

为了简单,我们只计算半球面积。

方法二,把球面切分成无数块“西瓜皮”:

我们照样把球面一分为二,然后每一刀都过北极点和球心。

我们赤道上取弧长dl,

那么这段弧线和两段经线构成了极窄三角形,

经线长度就是三角形的高。

所以

显然,这结果误差很大,应当啥去。

这也提示我们,微积分本质上就是近似算法。因为把曲线当直线,把曲面当平面是微积分必须的手段,方法得当误差就小,方法不当误差就大。所以,针对一个工程问题,用微积分算出的结果是需要查验的。

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